二1煤層帶壓開采安全技術(shù)措施

1、二 1煤層“帶壓開采 ”安全技術(shù)措施一、概況昌華煤礦主要開采煤層為二疊系山西組二 1 煤層，煤層平均厚度 約5.07米，其充水承壓含水層為L7-8、L1-4和02灰?guī)r含水層，其中 L7-8灰?guī)r含水層為礦井直接充水含水層，L1-4和02灰?guī)r含水層為礦井 間接充水含水層。L7-8灰?guī)r含水層：厚度122米，平均厚度14.5米，距二1煤底 板平均為 9.5米，其巖溶裂隙發(fā)育， 但極不均一。據(jù)周邊礦井鉆孔抽水 試驗資料，單位涌水量為 0.001310.01L/sm,滲透系數(shù)為0.0262 2.4876m/d，水化學(xué)類型為HCO3-CaMg水，溶解性固體為0.3870.5g/L, 受鄭煤集團米村煤礦、王莊

2、煤礦等長期疏放，靜水位已降低至士 0m水平左右，低于本礦開采最低標(biāo)高+50 m,對礦井開采已無影響。L1-3灰?guī)r含水層，厚度 3.223.60米，平均厚度13.34米，距二1 煤底板平均為 53.6 米,據(jù)鉆孔抽水試驗資料,單位涌水量 0.00491 1.65L/sm；滲透系數(shù)10.215.1m/d，現(xiàn)靜止水位標(biāo)高+118m。該含水 層是二 l 煤層下伏第一個間接充水含水層， 其富水性、導(dǎo)水性極不均一。 該含水層為二 1 煤層的底板間接充水含水層，它與二 1 煤之間有太原 組中、上段的存在，一般情況下對礦井的開采影響不大。根據(jù)目前我礦水位觀測資料： 02 水位標(biāo)高為 +16.6 米，礦開采標(biāo)

3、高為-544.40-109.07米，低于 02灰?guī)r含水層水位。為保證礦井正常安 全“帶壓開采 ”，制定以下安全技術(shù)措施。二、二 1煤層“帶壓開采 ”可行性計算根據(jù)上述水文地質(zhì)條件的分析，下面主要針對L1-4灰和02含水層 進行帶壓開采評價1 、根據(jù)斯列沙列夫公式：計算公式：H臨=2Kpt實2/L2+rt實(1)t 臨=(2)式中： t 臨臨界隔水厚度 (m);t 實實際隔水厚度 (m);Kp-煤層底板隔水層抗張強度(t/m2);L巷道寬度或回采工作面最大控頂距(m);H 實-作用于二 1 煤底板的實際水壓值 (t/m2);H 臨隔水層底板的臨界水壓值 (t/m2);R底板隔水層巖石容重(t/m

4、3)。根據(jù)以上兩式計算出的臨界值，與礦井實際水壓值及隔水層厚度 比較：、作用于隔水層底板的實際水壓值小于H臨，實際的底板隔水層厚度大于 t 臨，則可認(rèn)為底板是穩(wěn)定的，一般可正常采掘 ;、作用于隔水層底板的實際水壓值小于H臨，實際的底板隔水層厚度小于 t 臨，則可認(rèn)為底板不穩(wěn)定的， 要保證安全生產(chǎn)， 必須采取 安全措施;、作用于隔水層底板的實際水壓值大于H臨，而實際的底板隔水層厚度也大于 t 臨，則可認(rèn)為底板基本是穩(wěn)定的， 但在巖石破碎地段， 要采取一定的安全措施 ;、作用于隔水層底板的實際水壓值大于H臨，而實際的底板隔水層厚度小于 t 臨，則可認(rèn)為底板極不穩(wěn)定的，必須采取安全措施。2、突水系數(shù)

5、計算：計算公式：ts=P/M(3)式中：ts 突水系數(shù)(kg/cm2.m);P隔水層底板承受的水壓值(kg/cm2);M 底板隔水層實際厚度(m);計算實際突水系數(shù)值與本礦區(qū)臨界突水系數(shù)值 ts 臨比較，若 ts>ts 臨，則工作面回采嚴(yán)重受水害威脅。根據(jù)礦井水文地質(zhì)規(guī)程和鄭 州礦區(qū)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，富水區(qū)或底板受構(gòu)造破壞塊段臨界突水系數(shù)值ts 臨取 0.6kg/(cm2.m)，正常塊段 ts 臨取 1.0kg/(cm2.m)。3、根據(jù)以上公式分別計算 H 臨、 t 臨、 ts二 1 煤底板以下主要隔水巖性多為泥巖、砂質(zhì)泥巖及砂巖，結(jié)合 現(xiàn)有開采情況，公式中主要參數(shù)分別為：t 實：實際隔水層

6、厚度為 65m;Kp：煤層底板隔水層抗張強度42.6t/m2;L:分別為5m(巷道寬度)和15m(工作面最大控頂距);H實：取544.4+16.6+65=626t/m2;(礦井開采的最低標(biāo)高-544.40)r:取底板隔水層巖石平均容重2.6t/m3。掘進巷道：當(dāng)在二1煤層中掘進時，L取5.0m，H實取626t/m2，t實=65m 代入公式 (1)、(2)分別計算得 :H 臨= 14567.8t/m2>H 實(626t/m2)t 臨=13.18m當(dāng)在L7-8灰?guī)r中掘進時，L取5.0m, H實取6264t/m2 ,t實=51.48m 代入公式 (1)、(2)分別計算得 :H 臨=9165.7

7、t/m2>H 實(626t/m2)t 臨=13.56m符合第種情況，即巷道掘進是安全的。采煤工作面：回采工作面最大控頂距 L=15m, H實取626t/m2，t實=65m代入公 式(1)、(2)分別計算得 :H 臨=1768.9t/m2>H 實(626t/m2)t 臨=37.4m符合第種情況，即工作面回采時是安全的。突水系數(shù)計算該面開采最低標(biāo)高為-544.4m，P取62.6kg/cm2，M=65m，Cp根據(jù)經(jīng)驗取15m, MI取5m，代入公式(3)計算得:ts=1.39kg/cm2.m根據(jù)礦井水文地質(zhì)規(guī)程 ，該系數(shù)大于 1.0，存在突水危險。 再根據(jù)公式 (3)進行反算，結(jié)果如下：

8、ts=0.6kg/cm2.m時，P=27kg/cm2,根據(jù)礦井水文地質(zhì)規(guī)程， 即開采-188.4m標(biāo)高以上的二1煤層，基本不受底板水的威脅。ts=1.0kg/cm2.m時，P=45kg/cm2,根據(jù)礦井水文地質(zhì)規(guī)程，在-368.4-188.4m標(biāo)高之間的富水區(qū)或底板受構(gòu)造破壞塊段開采二 1 煤層時，存在底板突水危險；在-36換行8.4-188.4m標(biāo)高之間的正常 塊段開采二 1 煤層時，受突水威脅不嚴(yán)重。ts>1.0kg/cm2.m 時，P>45kg/cm2,開采-368.4m 標(biāo)高以下二 1 煤 層時，嚴(yán)重受水害威脅。三、結(jié)論： 通過斯列沙列夫公式計算，承壓含水層與開采煤層之間的

9、隔水層 能承受的水頭值大于實際水頭值。根據(jù)煤礦安全規(guī)程 269 條規(guī)定， 昌華煤礦可以 “帶水壓開采 ”，但必須制訂安全措施。根據(jù)突水系數(shù)公式計算后得知，昌華煤礦開采標(biāo)高部分在 -355.1 以下的，屬嚴(yán)重受水害威脅。 必須制訂并嚴(yán)格落實 “帶壓開采”安全措施。四、承壓水體上開采技術(shù)方案1 、深降強排 采用疏水井巷、疏水鉆孔，將含水層水位降低至開采水平以下難 度大，但可以適當(dāng)降低水位標(biāo)高， 以保證安全開采。 但疏水工程量大， 設(shè)備多，電耗大，投資大 ;若井田內(nèi)有奧灰，水量大、補給充足，難以 實現(xiàn)深降強排方案。2、外截內(nèi)排 先采用帷幕注漿，截堵補給水源。再疏干降壓，將承壓水水位降 至開采水平以下

10、。要求水文地質(zhì)條件清楚，補給徑流集中，帷幕截流 工程易施工。3、帶壓開采在開采過程中利用隔水層阻力，防止底板突水。承壓水水位高于 開采水平，底板要有足夠的強度能承受承壓水的壓力。帶壓開采方案 經(jīng)濟，但要探明水文地質(zhì)條件，進行論證，并采取安全措施。4、綜合治理、帶壓開采 帶壓開采，開采前，堵截地下水補給水源并進行疏水降壓，開采 期間可以對部分低阻異常區(qū)進行底板改造，增加隔水層厚度，保證正 常安全開采，該方案既安全又經(jīng)濟。五、安全技術(shù)措施 根據(jù)以上方案對比，綜合治理、帶壓開采較為可行，具體措施如 下：1、防治水安全技術(shù)措施(1) 做好水文地質(zhì)及構(gòu)造地質(zhì)工作：了解含水層、隔水層、巖溶、 斷層、裂隙分

11、布、承壓水賦存徑流、補給水源通路等情況。地質(zhì)構(gòu)造 方面尤其要盡量查明井田內(nèi)落差大于 5 米斷層的水文情況，并按規(guī)定 留設(shè)防水煤 (巖)柱。必須揭露時，要采取預(yù)注漿封堵加固等安全技術(shù)措 施。(2) 加強防探水工作：超前探明底板隔水層厚度、底板含水層含水 性能、地下水導(dǎo)升高度、斷層含水性能及裂隙富水程度，要查明各采 掘工作面煤層與承壓含水層之間的隔水層厚度變化情況，以及臨界隔 水層厚度變化情況，以便及時為生產(chǎn)提供安全保證。當(dāng)局部區(qū)域煤層 底板隔水層厚度小于臨界隔水層厚度時應(yīng)制定特殊措施或禁止開采。(3) 建立井上下水位水量實時監(jiān)測系統(tǒng)，繼續(xù)增加井上下水文觀測孔的數(shù)量，分別形成02和L1-4水位觀測

12、系統(tǒng)，設(shè)置井下水量觀測站， 建立水文觀測制度，及時收集和整理水文觀測資料，及時掌握水位水 量變化情況。(4) 對于查明的底板較為破碎的地段以及低阻異常區(qū)，要對其進行 注漿加固處理后，確保安全生產(chǎn)。(5) 嚴(yán)格執(zhí)行 "工作面在投產(chǎn)前必須進行物探 "制度和底板注漿加固 改造的有關(guān)規(guī)定，對物探出的底板富水低阻異常區(qū)，提前打鉆對低阻 異常富水區(qū)注漿改造加固。(6) 在采掘過程中，嚴(yán)格執(zhí)行 “預(yù)測預(yù)報，有疑必探，先探后掘，先 治后采”的原則和 “防、堵、疏、截、排 ”的防治水方針。(7) 井下主排水設(shè)備和各地點排水設(shè)備經(jīng)常處于完好狀態(tài)，特別是 在雨季前要組織一次試運轉(zhuǎn)，增加排水設(shè)備，提高排水能力，確保各設(shè)備能正常投入使用。(8) 必要時設(shè)置專門的疏水巷道和疏水鉆孔， 對局部塊段降壓疏干， 降低高承壓含水層水壓至安全水頭值以下。(9) 完善排水系統(tǒng)，保證排水線路暢通，掘進過程中，在巷道的低 洼處施工泵坑，建立臨時的排水陣地。(10) 加強井底水倉清淤工作， 保證有足夠的容積。 加強井底排水設(shè) 備的檢修和管理，保證涌水及時排出。(11) 每年要編制年度及中長期防治水工作計劃， 并對上年度防治水 工作進行總結(jié)，完善防治水措施。2、開采安全技術(shù)措施(1) 選擇開采：按先易后難、由淺入深、先簡單后復(fù)雜的原