煤礦-300水平二1煤“帶壓開采”安全技術(shù)措施

　　　　一、概況
　　　　超化煤礦-300水平是本礦井的第二個(gè)開采水平，主要開采煤層為二疊系山西組二1煤層，煤層平均厚度約6.46米，其充水承壓含水層為L7-8、L1-4和O2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，O2灰?guī)r含水層為礦井間接充水含水層，L1-4灰?guī)r含水層為奧灰水補(bǔ)給L7-8灰?guī)r含水層的橋梁和通道。
　　　　L7-8灰?guī)r含水層：厚度2.90～13.19米，平均厚度9.55米，距二1煤底板平均為13.96米，巖溶裂隙發(fā)育不均勻，富水性強(qiáng)，連通性差，補(bǔ)給水源不足，極易疏干，對礦井對開采影響小。因此， L7-8灰?guī)r水是礦井的疏放對象。
　　　　L1-4灰?guī)r含水層，厚度13.89～17.34米，平均厚度15.58米，距二1煤底板平均為48.14米；O2灰?guī)r含水層：厚度46.6米，上距二1煤底距離72.46米，巖溶裂隙發(fā)育，含水豐富，連通性較好；L1-4灰?guī)r含水層距O2灰?guī)r含水層10m左右，一般認(rèn)為，L1-4灰?guī)r含水層水位與O2灰?guī)r含水層水位一致。
　　　　根據(jù)目前我礦水位觀測資料：觀6號及長觀井1孔觀測，O2水位標(biāo)高為＋87.5米，開采標(biāo)高為-300~-480米，低于O2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(jì)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O2灰?guī)r含水層進(jìn)行帶壓開采評價(jià)
　　　1、根據(jù)斯列沙列夫公式：

　　式中：t臨—臨界隔水厚度(m);

　　t實(shí)—實(shí)際隔水厚度(m);

　　Kp—煤層底板隔水層抗張強(qiáng)度(t/m2);

　　L—巷道寬度或回采工作面最大控頂距(m);

　　H實(shí)—作用于二1煤底板的實(shí)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/m3)。

　　根據(jù)以上兩式計(jì)算出的臨界值，與礦井實(shí)際水壓值及隔水層厚度比較：

　?、?、作用于隔水層底板的實(shí)際水壓值小于H臨，實(shí)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(shí)際水壓值小于H臨，實(shí)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;

　?、恰⒆饔糜诟羲畬拥装宓膶?shí)際水壓值大于H臨，而實(shí)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;

　　⑷、作用于隔水層底板的實(shí)際水壓值大于H臨，而實(shí)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)計(jì)算：

　　計(jì)算公式：

　　ts= P/(M-CP- MI) (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(shí)際厚度(m);

　　CP—采礦對底板隔水層的擾動破壞厚度(m);

　　MI—原始導(dǎo)升帶厚度(m)。

　　計(jì)算實(shí)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(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，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(jì)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(shí)：實(shí)際隔水層厚度為48.14m;

　　Kp：煤層底板隔水層抗張強(qiáng)度42.6t/m2;

　　L：分別為5.0m(巷道寬度)和15m(工作面最大控頂距);

　　H實(shí)： 取480+87.5+48.14=615.64t/m2(礦井最低開采標(biāo)高為-480m);

　　r：取底板隔水層巖石平均容重2.6t/m3。

　?、?掘進(jìn)巷道：

　?、?當(dāng)在二1煤層中掘進(jìn)時(shí)，L取5.0m，H實(shí)取615.64t/m2，t實(shí)= 48.14m代入公式(1)、(2)分別計(jì)算得:

　　H臨=8023.1t/m2>H實(shí)(615.64t/m2)

　　t臨=13.06m

　?、?當(dāng)在L7-8灰?guī)r中掘進(jìn)時(shí)，L取5.0m，H實(shí)取615.64t/m2，t實(shí)= 24.63m代入公式(1)、(2)分別計(jì)算得:

　　H臨=2131.5t/m2>H實(shí)(615.64t/m2)

　　t臨=13.06m

　　符合第⑴種情況，即巷道掘進(jìn)是安全的。

　?、?采煤工作面：

　　回采工作面最大控頂距L=15m， H實(shí)取615.64t/m2，t實(shí)=48.14m代入公式(1)、(2)分別計(jì)算得:

　　H臨=1002.7t/m2>H實(shí)(615.64t/m2)

　　t臨=37.0m

　　符合第⑴種情況，即工作面回采時(shí)是安全的。

　?、?突水系數(shù)計(jì)算

　　礦井開采最低標(biāo)高為-480m，P取61.56kg/cm2 ，M=48.14m，Cp根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取15m，MI取5m，代入公式(3)計(jì)算得:

　　當(dāng)ts= 2.19kg/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(xiǎn)。

　　再根據(jù)公式(3)進(jìn)行反算，結(jié)果如下：

　　⑴ 當(dāng)ts= 0.6kg/cm2.m時(shí)，P=16.884kg/cm2，根據(jù)《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》，即開采-33.2m標(biāo)高以上的二1煤層，基本不受底板水的威脅。

　　⑵ 當(dāng)ts=1.0kg/cm2.m時(shí)，P=28.14kg/cm2，根據(jù)《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》，在-145.76～-68m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(shí)，存在底板突水危險(xiǎn);在-145.76～-68m標(biāo)高之間的正常塊段開采二1煤層時(shí)，受突水威脅不嚴(yán)重。

　?、?當(dāng)ts>1.0kg/cm2.m時(shí)，P>28.14kg/cm2，開采-145.76m標(biāo)高以下二1煤層時(shí)，嚴(yán)重受水害威脅。

　　三、結(jié)論：

　　通過斯列沙列夫公式計(jì)算，承壓含水層與開采煤層之間的隔水層能承受的水頭值大于實(shí)際水頭值。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》269條規(guī)定，超化煤礦-300水平可以“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(jì)算后得知，超化礦-300水平開采標(biāo)高均在-300以下，屬嚴(yán)重受水害威脅。必須制訂并嚴(yán)格落實(shí)“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(qiáng)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，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(bǔ)給充足，難以實(shí)現(xiàn)深降強(qiáng)排方案。

　　2、外截內(nèi)排

　　先采用帷幕注漿，截堵補(bǔ)給水源。再疏干降壓，將承壓水水位降至開采水平以下。要求水文地質(zhì)條件清楚，補(bǔ)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(qiáng)度能承受承壓水的壓力。帶壓開采方案經(jīng)濟(jì)，但要探明水文地質(zhì)條件，進(jìn)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(bǔ)給水源;開采過程中，疏水降壓。該方案既安全又經(jīng)濟(jì)。

　　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、裂隙分布、承壓水賦存徑流、補(bǔ)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(shí)，要采取預(yù)注漿封堵加固等安全技術(shù)措施。

　　(2)加強(qiáng)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(shí)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(shí)應(yīng)制定特殊措施或禁止開采。

　　(3)建立井上下水位水量實(shí)時(shí)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O2和L1-3水位觀測系統(tǒng),設(shè)置井下水量觀測站，建立水文觀測制度，及時(shí)收集和整理水文觀測資料，及時(shí)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(jìn)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(jìn)行直流電法物探"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)，提前打鉆對太原組L1～4灰?guī)r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(bào)，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(diǎn)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(yùn)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(shí)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)每年要編制年度防治水工作計(jì)劃，并對上年度防治水工作進(jìn)行總結(jié)，完善防治水措施。

　　(10)完善31采區(qū)排水系統(tǒng)：31采區(qū)涌水自流至31采區(qū)水倉，經(jīng)31采區(qū)泵房排水設(shè)施將涌水排至-300水平水倉，最后經(jīng)-300主泵房排水設(shè)施通過排水鉆孔排至地面。

　　(11)對水壓大于3MPa的回采工作面，全部對L1-3灰進(jìn)行底板預(yù)注漿加固。

　　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)雜的原則進(jìn)行開采;對條件相同的煤層，先進(jìn)行試采，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，找出規(guī)律，再逐步推廣應(yīng)用。

　　(2)設(shè)置-300水平大巷防水閘門,以保護(hù)-300水平排水陣地,提高礦井抗災(zāi)能力。

　　(3)改革采區(qū)巷道布置：減少過斷層，減少巷道交叉點(diǎn)數(shù)目，縮小巷道交叉點(diǎn)面積，巷道交叉點(diǎn)和采煤工作面上下出口要盡量避開小斷層，無法避開時(shí)要對小斷層進(jìn)行加固。

　　(4)布置工作面時(shí)，盡量縮短工作面斜長，提高工作面推進(jìn)速度，正確確定工作面推進(jìn)方向，降低工作面回采時(shí)對煤層底板的破壞深度。