煤矿探放水专项安全技术措施.doc

煤矿探放水专项安全技术措施一、小窑分布及开采情况乌鲁木齐东南沟顺达煤业有限责任公司煤矿申请变更矿界内曾建有矿井3处，分别开采3、4、5、号煤层：1、三号斜井位于煤矿西南部，由原乌鲁木齐县永丰乡永新村煤矿于1990年2月建成投产，设计生产能力2万吨年。主斜井沿3号煤层底板呈20倾角开拓，斜长160m，属混合提升斜井，斜井东西两侧分别布置有人行走巷与风井。采用仓储式采煤方法，分水平两翼开采3号煤层。打眼放炮落煤，人力装运，绞车提升，中央并列式通风系统，机械抽出式通风，5.5kw水泵抽水，供电电源来自乌鲁木齐市跃进钢铁厂自备电厂6KV高压电。2000年10月，该井因批准的煤炭资源基本采空等原因闭坑停产。闭坑前，最低开采水平为2270m，东翼采长220m、西翼采长150m，此采区内的3号煤层已经基本采空。该井由于建在冲沟附近，开采下山煤，较易接受地表融雪水的补给，矿井涌水量较大，每昼夜可达100m3以上，5.5kw水泵每隔两小时就要抽排一次。该井由于开采水平距地表垂高仅58m，瓦斯含量很低。煤层顶板为薄层粉砂岩，粉砂岩之上为厚层状细砂岩，较稳定，不易垮落。底板未见底鼓现象。煤层较易自燃，煤层露头有火烧痕迹，火烧深度约30m。闭坑停产后，采空区残留煤柱发生自燃，至今已熄灭。煤尘有爆炸性。2、四号斜井位于煤矿中部，由原自强东南沟煤矿于1985年7月建成投产，设计井型2万吨年。采用斜井向西沿4号煤层走向开拓，斜井长25m，倾角23，另建有立风井与提升副井。前进式条带布置巷道，2285m（运输水平）与2322m（回风水平）两条上山巷道构成一个采煤条带，自上而下用高落式采煤方法进行开采。条带上山用刮板运输机或挡瓷溜槽运煤，大巷用矿车运输，斜井用绞车提升。井巷除局部交岔点用木支护和砌碹外，其它均为裸体。采煤条带内有通至地面的小风井，装有扇风机，实现矿井机械通风。地面有6KV输电线通至井口，下井电压为110V。地面无筛选储运装置，原煤出井后即翻至地面，由人工分选装车外运。该矿井向西单翼开采，目前，已采至井田西界断层处，开采长度640m，界内4号煤层2285m水平以上的上山可采储量已经基本采空，最低开采标高为+2285m。该井采区位于当地最低侵蚀基准面以上，矿井地下水主要来源于大气降水与基岩裂隙水，涌水量不大，正常生产时期，一般日排水30m3左右。瓦斯含量不高，未发生过瓦斯突出事故。煤层顶板为细砂岩，整体性一般，护顶煤偶尔放落，小面积暴露后可维持半个月时间不垮落；底板相对软弱，未见底鼓现象。井下煤尘不大。2000年发现采空区塌方，断陷区暴雨灌入而引发残留煤柱自燃发火，经填埋隔离封堵，明火熄灭。3、五号平硐位于煤矿东北部，由原自强东南沟煤矿于1994年5月建成投产，设计生产能力3万吨年。采用平硐开拓，井筒长120m，内设排水沟及轻便窄轨。井筒进入5号煤层后，沿其底板布置运输平巷，以3坡度向西单翼掘进。沿煤层底板布置有运输巷道，离煤层顶板3m处布置有回风井并直通地表，兼作风井与安全出口。巷柱式放顶煤一次采全高采煤方法。窄轨矿车运输。机械抽出式分区通风。6KV输电线路供电至井口。井口建有孔径25mm斜坡筛，筛选后由漏斗分别装入运煤车辆。目前，5号煤层向西开采长度405m，2274m标高（运输水平）2290m标高（回风水平）之间的可采储量基本采空。该平硐位于当地最低侵蚀基准面以上，开采上山煤，井中涌水量较小，正常情况下，30m3的水仓每星期抽排一次，平均日排水量5m3左右，目前停产，基本无水。瓦斯含量不高。煤层顶板为粉砂岩类，裂隙发育且破碎，小面积暴露几天就自行垮落；底板未见鼓底现象。开采面煤尘较大。煤的自燃发火期3-4个月，较易自燃。此外，煤矿北东边界外5号煤层浅部曾有小煤窑于60年代末期开采，现早已废弃。煤矿南界外2km处有乌鲁木齐市跃进钢铁厂二井田煤矿开采向斜南翼各可采煤层。二、矿区水文地质概况后峡二井田地处中高山区，西南高而北东低。南部沿沟谷分布有地表暂时性径流，其来源于西南部侏罗系与石炭系接触处的断层带，接受融雪水、泉水和大气降水的补给。地表径流由南向北经二井田中部转为近东西向流入乌鲁木齐河上游大西沟，并沿途补给第四系和侏罗系基岩含水层。流量变化受气温与降水量控制明显：5月冰雪消融，山洪暴发，水流混浊，据洪水痕迹推算，洪水量最大可达746升秒，实测为96.80升秒，但洪水期短暂。68月降水量集中，地表径流最大流量90100升秒，水流清澈，持续时间长。9月霜冻出现，水量渐小。10月开始结冰，直至次年3月均为枯水期。该区年最高气温为2024，最低气温为-22-26。年降雨量为240320mm。10月底至11月初降雪，次年3月下旬融雪，降雪量与积雪量均不大。最大冻结深度约1m。后峡二井田区内地下水按含水介质划分为松散岩类孔隙潜水与碎屑岩类孔隙-裂隙承压水。前者主要赋存在沟谷低洼处的第四系冲洪积砂砾石中，接受暂时性径流与大气降水的渗透补给；后者赋存于侏罗系西山窑组砂岩层段中，由于地层倾斜，地下水位之上为透水层，水位之下为透水而弱含水层，富水性与孔隙、裂隙发育程度及连通情况有关。该区地下水的流向大致与地表水一致，由西向东。地表沿沟谷与断层处多有基岩裂隙泉与断层泉等溢出，其最大流量介于0.236.66Ls之间。降水对泉水有一定补给，雨后流量增加0.380.78Ls。泉水最大水量比地表水最大水流时间晚约15d。1、地表水与泉水乌鲁木齐东南沟顺达煤业有限责任公司煤矿及其附近无常年地表径流，只在春季融雪与夏季降雨汇入煤矿东部沟谷中形成暂时性水流，由西南向北东方向流至界外，其余时间基本枯竭。地表发现泉眼两处（泉8、泉9）。泉8位于煤矿南界附近的第四系砂砾石中，属下降泉，流量0.150.71Ls，水温25。水质属HCO3SO4-CaMg型。泉9位于煤矿东界矿部附近，含水层为侏罗系西山窑组5号煤层顶板砂岩层，属基岩裂隙泉，流量0.1510.372Ls，水质类型亦属HCO3SO4Cl-CaNaMg型，该泉已成为煤矿生活用水主要来源。2、含隔水层划分（1）松散岩类透水不含水层。遍布全矿，由第四系全新统（Q4eol+dl）松散砂砾与砂土组成，成因属洪积与残坡积物，厚度不大，一般0-16m。该层主要接受大气降水与地表暂时径流下渗补给。（2）碎屑岩类孔隙-裂隙含水层。主要由侏罗系西山窑组中的细砂岩-粗砂岩层组成，主要有4层，单层厚度一般1530m，较稳定分布于各可采煤层之间。前人进行地质勘查工作时，曾分别在2-1孔与3-2孔对35号煤层之间含水层段进行了一次最大降深混合提筒抽水试验，可知该类含水层单位涌水量0.0053ls.m0.00169ls.m，渗透系数0.001610.00732，富水性较弱。该类含水层主要接受大气降水的渗入，此外，接受松散透水不含水层、采空区与火烧区积水的间接渗透补给。混合提筒抽水试验成果表表1-3-1钻孔编号含水层厚度(m)水位(m)水位埋深(m)顶板隔水层埋深(m)涌水量(ls)单位涌水量(lsm)钻孔水柱厚度(m)引用K值影响半径(m)渗透系数2-169.862289.2832.7848.790.1330.0053221.060.0073263.700.007323-2101.542303.3319.6221.900.0890.0017265.120.0161669.000.00161(3)隔水层主要由侏罗系西山窑组各含水层之间的泥岩、炭质泥岩、粉砂岩与煤层组成。矿界内该类隔水层厚度较薄，一般不足20m，经采矿等因素加大裂隙发育程度后，隔水性能应有所降低。综上所述，煤矿直接充水含水层主要接受融雪水与大气降水补给，含水性较弱，应属水文地质条件简单的孔隙-裂隙充水矿床3、充水因素分析（1）生产矿井涌水情况乌鲁木齐东南沟顺达煤业有限责任公司煤矿现建有四号斜井与五号平洞，分别开采4号与5号煤层上山煤。四号斜井生产规模2万吨年，于2285m标高沿煤层底板向西布设运输巷道，沿2322m标高布置回风巷，开采长度640m，开采垂高37m。大部分煤层已经采空或无法继续回采。2000年夏季，由于采空区塌方引起地面塌陷与产生裂缝，暴雨贯入而引起残留煤柱自燃，采空区现已封闭。该井地下水水位标高约在2295m左右，经对该矿井未封闭的排水巷道及水仓观测，目前，该矿井采用5.5kw水泵，每天抽水4h，排水28.8m3，即可保持水仓平衡。五号平硐生产规模3万吨年。沿2274m标高向西布设运输巷道，沿2290m标高布设回风巷，采长405m，开采垂高16m，该采区上山煤现已基本采空。该井沿运输水平设有专门排水沟槽，并建有约30m3的蓄水池。据调查，该井地下水水位高于运输水平20m左右，即2295m标高。正常生产过程中，5.5kw的水泵每星期抽水34h，即可将池水排干。目前，该矿井停产改建，井下基本无水，无需排水。废弃的原永丰乡永新村东南沟煤矿（三号井）开采3号煤层下山煤，生产规模2万吨年。最低开采水平为2270m，东西两翼采长分别为220m与150m。据该矿编制的地质概况及开采简要说明，该矿井初采水平涌水量较大，每昼夜可达100m3以上，5.5kw的水泵每隔两小时就要抽水一次。由上可知,四、五号矿井开采上山煤，地下水主要接受大气降水补给，井下涌水相对较小，其中四号矿井开采规模较大，地表塌陷裂隙较发育，与五号矿井相比，涌水量显著增加。三号矿井开采下山煤，地下水与融雪水关系较密切，水量较丰富，井下涌水量相对较大。（2）充水因素分析据前人对后峡二井田地质勘查资料与本次对乌鲁木齐东南沟顺达煤业有限责任公司煤矿生产矿井调查成果，可知该矿直接充水含水层西山窑组含煤地层中的碎屑岩类孔隙-裂隙含水层主要接受融雪水与大气降水补给，自身富水性较弱。但受区域性构造因素与开采因素等的影响，含水层之间相对较薄的隔水岩层局部受到破坏后，裂隙连通情况变好，岩层的富水性也随之在不同区段呈现出一定的差异。富水程度高的部位，往往与采空区积水、火烧区积水或接受地表暂时性径流补给的第四系砂砾石含水层有较密切的水力联系。融雪水与大气降水沿地表塌陷裂隙及烧变岩孔隙裂隙贯入采空区与火烧区，继而沿煤层顶底板裂隙涌入巷道，是煤矿主要充水因素。此外，融雪水、大气降水、地下水露头汇集而成的暂时性地表径流，在运移过程中下渗补给第四系砂砾石含水层，进一步下渗至含煤层段，是煤矿另一重要的充水因素。乌鲁木齐东南沟顺达煤业有限责任公司煤矿经多年开采，4、5号煤层采空区地表已经出现较明显的塌陷裂隙。废三号矿井3号煤层采空区地表不仅产生塌陷坑，而且有火烧区存在。5号煤层东部地表露头也曾发生自燃，形成烧变岩。位于煤矿东部的北东-南西向沟谷是暂时性径流的必经之路。所有这些都将与矿井地下水产生水力联系，进而影响矿井涌水量。同时，矿井改扩建后，采区将全部低于当地最低侵蚀基准面之下，位于地下水水位标高以下，前述各充水因素对煤矿地下水的影响更不可低估，超前探水工作对于煤矿开采来讲，事关重大。此外，该区常以暴雨形式集中降水，易形成洪水，应预防其对矿井产生突发性充水。三、矿井涌水量预测据地质报告提供的资料及生产矿井的实际情况，矿井+2230m水平，矿坑正常涌水量计算结果为540577m3d，根据目前矿井涌水量分析，最大涌水量为800m3d。四、地面泄洪措施原乌鲁木齐县自强个体独资后峡东南沟煤矿4号煤层井附近的塌陷坑汇水量大，成为井下老空积水的主要补给水源。为有效拦截洪水，沿采坑南部山脚顺地势由西向东挖掘一条泄洪沟，避免大气降水大量汇集于采坑渗入井下采空区。现泄洪沟已完工。煤矿目前矿井废水均沿泄洪沟自然排放，由于矿井水属不能饮用的微咸水，应避免其与可饮用的泉水混溶。五、井下探放水方案、探水钻孔布置及主要参数设计本矿顺槽掘进有3个头，即+2256上区段顶分层运输顺槽、+2256上区段底分层运输顺槽及+2274上区段顶分层回风顺槽。+2256上区段分层运输顺槽及+2256底分层运输顺槽受断层水威胁，+2274上区段顶分层回风顺槽不仅受断层水威胁，还受到老空水巷的威胁。因此3个掘进头都必须进行探放水工作。现以+2274上区段顶分层回风顺槽探放水设计为例。+2274上区段顶分层回风顺槽待掘长度370m左右，探放水设备采用金刚牌ZL-150型钻机，钻孔角度范围090；使用直径42mm钻杆，最大钻孔深度75150m；开孔直径80mm，终孔直径不小于42mm，额定扭矩150Nm。由于+2274上区段顶分层回风顺槽掘进巷道时有遭遇断层及老空水巷的危险，而且预计其水量不明，因此探放水采用搜索性探水，钻孔布置方式采用深孔探放浅孔掩护：深孔尽可能地提前找到老空，放出大量积水，先降低水压，浅孔掩护巷道掘进。由于受断层的挤压影响，B5号煤层在首采区范围内的走向时常有小的变化，因此钻孔长度不宜过长，设计钻孔长度70m，浅孔长度2050m。综合考虑煤的坚固性、水头压力、煤层厚度和探水性质等因素。设计钻孔超前距20m，钻孔呈扇面布置，各钻孔走向水平间距20m。根据探眼情况，B5煤层厚度13.1615.62，平均14.27m，考虑煤层倾角1823，设计钻孔最大帮距为巷道每掘进50m打一次钻孔，一次钻孔数量5个，但是探放老空水最好多放几个，以防老空巷道从钻孔间漏过，见图。六、探放水原则、工作步骤及排水措施1、原则（1）积极探放（2）先隔离后探放（3）先降压后探放（4）先堵后探放2、工作步骤（1）检查排水系统（2）准备堵水材料（3）检查瓦斯（4）检查支护情况（5）检查煤壁（6）检查水沟（7）检查安全撤离路线3、排水措施钻孔探到水后，根据每个钻孔的水流量确定排水孔的数量，放水流量不超过40m3h。将放出的水经排水沟流入井下临时水泵房，利用井下临时水泵房至地面的一趟直径50mm水管，将水排至地面。七、探放水安全技术措施1、应严格按“有疑必谈、先探后掘”的探放水原则执行，并由矿值班领导、技术员、安全员、瓦检员及有经验的老工人共同实施。2、掘进工作面出现淋水或顶板裂隙水，要注意观察，若淋水小或裂隙水小，并无逐渐增大的现象，可由值班领导、安全员、瓦检员在征求技术员的同意后，采用探水钻向淋水处或顶板裂隙处直接打眼探水，同时确保避灾撤退线路畅通，若在探水时，发现淋水加大或隙裂水增大，产生喷水压力现象，水有温度、媒质（岩体）松软等情况，不能直接拔出钻杆，则应立即停止探水工作撤出所有作业人员，并通知井口值班领导，向矿长汇报，然后制定安全措施，进行处理。3、巷道掘进工作面若靠近采空区，在距采空区30m时，必须放慢掘进速度边掘进边观察，如果出现挂汗、挂红、淋水等现象，要引起高度重视，并根据工作面实际变化，决定探水孔是否需布置，需要布置时，必须由矿制定探放水方案，再行实施。4、若巷道掘进前方水量大，水压高，煤岩层松软或裂隙发育时，直接探水不安全，应采取隔离方式进行探水，在巷道掘进工作面预先砌筑由混凝土现浇的隔水墙，在墙外探水。5、探放断层水及其它可疑水源，探水钻孔的数目不应超过4个，断层水探明后，应根据水源、水压和水量情况，采取放水疏干、留设防水煤柱或注浆封闭钻孔。6、在安装探水钻和探水作业过程中，应遵守如下安全事项：1）加强钻孔附近的巷道支护，背好顶帮，并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板。2）清理巷道浮煤和矸石，挖好排水沟；清理巷道内的杂物，保证巷道和撤退路线畅通；在打钻地点或其附近安设专用电话。3）确定主要探水钻孔的位置时，应由测量和负责探水人员在现场共同确定钻孔方位、角度，钻孔数目及钻进深度。4）钻进时发现煤岩松软、片帮、来压或在钻眼中水压、水量突然增大等，要停止钻进，但不得拨出钻杆，并派人监测水情。5）钻眼内水压过大，应采用反压和防喷装置的方法钻进，必要时还应首先砌筑防水墙，然后方可打开钻眼放水。6）钻孔放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量，做好记录，遇有水量突然变化时，必须进行处理。7）加强有害气体检测，防止排放水过程中伴随有大量有毒有害气体的释放。8）每班在掘进打眼前必须先打探水眼，证明无异常后再往前打炮眼，否则不准动炮掘进。9）要求探眼的位置在工作面的端头，探眼的个数不少于2个（其中一个顶眼垂直于巷道，一个前探眼），探眼的深度不得少于15米。7、探水工作面附近的支护必须牢固，帮顶要背实，防止压力水冲垮煤壁。8、清理好巷道，保证安全撤离路线畅通无阻。9、巷道内所有电缆及风筒必须按要求悬挂，不准有落地现象。10、在探水工作面安设电话，将工作面探水情况随时向地面值班领导进行汇报。遇到险情时，在保证安全的情况下，应立即打电话通知其他受水威胁地点作业人员撤离。11、施工探水钻孔时，探水钻后面和钻机手把活动范围内不得站人，防止高压水和手把伤人。12、打探水钻时，如发现煤体变松或沿钻杆向外流水超过正常打钻供水量时，必须立即停止打钻（不得移动或拔出钻杆），并向地面值班领导汇报。13、顺槽掘进过程中，应多打眼、少装药、防小炮，保持巷帮煤岩稳定。严格掌握掘进方向，保持设计超前距和帮距。加强通风，按要求检查气体，防止有害气体喷出和超限。14、施工探水钻孔或巷道掘进时，如果发现工作面有淋水增大、挂汗、挂红、压力显现增大等透水预兆或钻孔内放出有害气体时，必须立即停止作业切断电源，撤出人员。15、顺槽掘进面人员避灾路线（1）+2274顶分层回风顺槽+2274煤门+2274总回风巷风门+2274上部车场主平硐地面。（2）+2256顶分层运输顺槽+2256煤门风门+2256甩车场暗斜井+2274上部车场主平硐地面。（3）+2256底分层运输顺槽风门+2256甩车场暗斜井+2274上部车场主平硐地面。16、施工前组织作业人员认真学习探放水设计和安全技术措施，掌握熟悉工作面情况和发生险情时的避灾路线。第 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