矿井带压开采安全技术措施

矿井带压开采安全技术措施

一、矿井概况

1、地理位置：

山西吕梁中阳付家焉煤业有限公司位于吕梁市中阳县西北11Km

处的付家焉村，行政区划属中阳县张子山乡管辖。其地理坐标为东经111°06′15″～111°8′57″，北纬37°27′01″～37°28′36″。

2、基本情况：

根据山西省煤矿企业重组整合领导组晋煤重组办发[2009]45号文

件批复的企业重组整合方案和2009年11月3日山西省国土资源厅发

放的C1400002009111220041618号采矿许可证批准，山西吕梁中阳付

家焉煤业有限公司重组整合后，井田呈梯形，井田东西长约3.98km，南北宽2.95km，面积9.1156km2，批准开采4-10号煤层。

3、煤层情况：

本井田含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。

山西组平均厚度71.53m，含01、02、1、3、4、4下、5号煤层，其中4号煤层为可采煤层。可采煤层平均厚0.64m，可采含煤系数0.9%。

太原组平均厚度80.84m，含6、7、8、9、10、11、12号煤层，其中9、10号煤层为稳定可采煤层。煤层平均总厚7.53m，含可采煤层平均厚6.02m，可采含煤系数7.4%。

煤系地层总厚152.37m，含煤总厚9.42m，可采煤层平均厚6.66m，可采含煤系数4.4%。

4、矿井水文地质

4.1主要含水层

1）奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层:

本地层在井田内全部被覆盖，埋藏于井田深部，地层厚度大，分布广泛，溶洞和裂隙发育，具有良好的含水空间，富水性强，水量大，水质较好，是井田主要含水层。据2004年在东北边界处2km处施工的大土河焦煤公司9号水源井和2006年在井田东南部原裕祥煤矿工业广场施工的水源井资料，9号水源井奥灰水位标高为805.46m，出水量为195.60m3/h 。裕祥水源井奥灰水位为805.167m，出水量为55m3/h。根据以上水源井资料和区域水力坡度推测井田内奥灰水位在802-805m，井田大部地段煤层底板标高低于奥灰水位，属于带压开采，在开采时要防范奥灰水突水事故的发生。

2）石炭系上统太原组灰岩岩溶裂隙含水层

太原组含水层主要为三层石灰岩，从上到下为L5、L4、L1，总厚约25.55m，灰岩裂隙较发育，岩芯较破碎。钻孔在灰岩地层中，大部分出现孔漏的情况，含水层顶板埋深在85-280m左右。据离石详查勘探资料，单位涌水量井田东北侧2.5km处12号孔为0.0047L/s·m，井田东南侧4km处20号孔为0.207 L/s·m，水位标高分别为929.44m 和946.67m，属弱-中等富水含水层。

3）二叠系碎屑岩类砂岩裂隙含水层

井田内含水层无出露，含水层以细、中粗砂岩为主，平均厚度17.90m.含水层裂隙不发育,富水性弱.顶板埋深为38-210 m左右。单位涌水量12号孔为0.0008L/s·m，20号孔为0.0022 L/s·m，水位

标高分别为955.62m和972.04m。从区域上看，该含水层不连续，富水性弱。

4）第四系、上第三系孔隙含水层

第四系中、上更新统出露高，补给条件差，含水层连续性差，基本属透水不含水层。

全新统主要分布于井田较大沟谷中，含水层以砂砾石层为主，厚度小，富水性也较弱。

上第三系上新统间断出露于井田沟谷中，含水层为砂砾岩，民井出水量小于10t/d。

4.2主要隔水层

1）山西组隔水层

山西组5号煤以下至太原组L5灰岩之间是以泥岩为主，砂、泥岩互层的一套地层，厚度13.00m左右，连续稳定，其中泥岩、粘土岩隔水性好，可视为山西组与太原组之间良好的隔水层。

2）本溪组隔水层

本溪组平均厚32.78m，岩性主要为泥岩、铝土岩、粉砂岩和砂岩，该组有时夹薄层石灰岩或薄煤层，其中泥质岩隔水性能好，在区域内稳定，是良好的隔水层。

4.3含水层补、径、排条件

奥陶系岩溶水的补给主要是井田外基岩裸露区大气降水和地表水的入渗补给。井田内奥灰水属区域岩溶水径流区，岩溶水由西向东南方向运移，最终排向神头泉。

石炭系、二叠系砂岩裂隙水，在接受大气降水和季节性河流以及上覆含水层的入渗补给后，顺岩层倾斜方向运移，上部含水层在沟谷中以侵蚀下降泉的形式排泄，下部含水层顺层排出井田外。

4.4矿井充水因素分析

1)、大气降水和地表水体

本区年降水量为374.4mm—577.7mm，属于干旱地区，本井田内无常年性地表河流，仅雨季沟谷中有季节性短暂小溪流和洪水排泄，井田地形坡度较陡，植被不发育，有利于自然排水，入渗补给地下水条件差，只在基岩露头的沟谷中有少量的入渗，对于山西组砂岩含水层，由于其上有较多隔水层分布，接受大气降水的直接补给很少。井田西部以外有南川河由南向北流过,平常水量不大,只有在雨季才有

较大的洪水流过，井田南部以外有高家沟水库, 水库内蓄水也基本干涸,总之，大气降水和地表水体对矿井直接充水影响较小。但从大范围来说，在周围基岩露头区，大气降水和地表水应该是各含水层的重要补给来源。

2)、顶板裂隙水

本井田批采4-10号煤层，其中4号煤层直接充水含水层是山西组砂岩裂隙含水层，属弱富水含水层， 9、10号煤层直接充水含水层为太原组岩溶裂隙含水层，均属弱-中等富水含水层，根据整合前各煤矿开采情况，井下顶板淋水均很小，顶板裂隙水对矿井生产影响不大。

开采下部9号、10号煤层，其9号煤层直接顶板为砂岩，10号

煤层直接顶板为砂岩、砂质泥岩，均为中硬岩石，全部冒落管理顶板时，根据《三下采煤规程》冒裂带最大高度计算公式得出，冒落带（H1）、导水裂隙带（H2）的高度可用下式计算：

H1=A1±2.2

H2=A2±5.6

H3=20 +10

式中，A1=100∑m/(4.7∑m+19.0)，A2=100∑m/(1.6∑m+3.6),

∑m为开采煤层累积厚度，本矿4号煤层最大采空高度为2.00m，9

号煤层最大采空高度为1.55m，10号煤层最大采空高度为7.12m。

求得开采4号煤层顶板冒落带高度4.84-9.24m，导水裂隙带最

大高度35.01-38.28m；4号煤层开采不会影响到地表。

求得开采9号煤层顶板冒落带高度3.70-8.10m，导水裂隙带最

大高度31.09-34.90m；4、9号煤层间距为61.25-70.30m，平均65.50m。因此，开采9号煤层的顶板导水裂隙不会上通到上部4号煤层采空区，4号煤层采空区积水对9号煤层开采构不成突水威胁。

求得开采10号煤层顶板冒落带高度为11.37-15.77m，导水裂隙带最大高度为63.37-64.98m。9、10号煤层间距为0-7.40m，平均3.71m。4号煤层可采地段与10号煤层间距为66.20-75.10 m。因此开采10

号煤层的顶板导水裂隙将会延伸到上部9号煤层采空区，但不会上延到4号煤层采空区，所以将来开采10号煤层时应对上部9号为煤层

采空区积水进行探放，确保安全生产。但4号煤层采空区积水不会对10号煤层开采造成充水威胁。

3)、深部奥灰水

井田奥灰水位标高802-805m ，而可采煤层4、9、10号煤层底板标高为520-900 m ，由此推断本井田批采的4、9、10号煤层底板在井田中西部地段均位于奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层水位之下，即煤层底板标高805m 以下地段均属带压区。即4#煤层为井田可采范围西部为带压区，9#煤层为全部带压，10#煤层除井田东南边界附近不带压外，其余地段均带压。根据奥灰突水系数计算公式来计算奥灰岩溶水对井田4、9、10号煤层的影响。

突水系数计算公式：Ts=M P

P=（H0-H1+M ）×0.0098

式中： Ts —突水系数，MPa/m ；

P —隔水层底板承受的静水压力，MPa ；

M —底板隔水层厚度，m ；

H1—煤层底板最低标高；

H0—奥灰岩溶水水位标高。

4号煤层可采区西部底板标高最低处标高为（H1）640m ，4号煤层距奥灰顶面（M ）137m ；该地段奥灰水位标高（H0）803m 。

10号煤层底板最低处为井田西北部煤层底板最低标高（H1）520m ； 10号煤层距奥灰顶面（M ）59.50m ；该地段奥灰岩溶水水位标高（H0）802m 。

9号煤层底板最低处为井田西北部底板标高（H1）530m ；5号煤层距奥灰顶面（M ）71.90m ；该地段奥灰水位标高（H0）802m 。

求得4号煤层突水系数： Ts ＝0.0215MPa/m ，9号煤层突水系数：

Ts＝0.0469MPa/m，10号煤层突水系数： Ts＝0.0562MPa/m。

4、9、10号煤层突水系数小于正常块段安全突水系数0.10MPa/m，小于受构造地段安全突水系数0.06MPa/m，根据地质报告预测结果，在无构造沟通的情况下，开采4、9、10号煤层奥灰突水的可能性小。但当开采地段有隐伏导水构造时，则存在突水可能性，开采中应严密监测井下隐伏构造发育情况，防范奥灰水岩溶水构造突入矿井造成水害事故。

4）、采空区、古空区积水

井田内4、10号煤层均分布多处采空区，部分采空区分布有积水，对井田中西部相对低处的煤层开采存在充水影响。

4.5矿井水文地质类型

该矿批采4-10号煤层，井田内4号煤层充水含水层为山西组砂岩裂隙含水层，富水性弱，9、10号煤层充水含水层为太原组灰岩岩溶裂隙含水层，富水性弱-中等，同时受奥灰水影响，带压开采Ts接近0.06。

奥灰水对上部煤层开采影响不大，在无构造沟通的情况下突水可能性小。但井田内采空区分布多处积水，对煤层开采存在潜在突水危险。综合分析，该矿4号煤层矿井水文地质类型为中等，9、10号煤层矿井水文地质类型为中等。

二、采取的措施：

1、原因：

综合以上所述，矿井主要水害是采空区积水和受奥灰水影响的带

压区，整合前各煤矿分别对4、10号煤层进行了开采，已分布多处采空区，在采空区低洼处有一定积水。目前基建期间和第一采区远离采空区的积水区，威胁不大。

2、目的：

目前，基建二、三期工程接近受奥灰水带压影响的区域。虽然，根据《矿井地质报告》所述，开采4、9、10号煤层奥灰突水的可能性小。但是，毕竟为了防治水的整体工作不存在安全隐患，决定在目前基建期间，根据二三期工程的即将施工的情况下，为了安全生产，特制定带压开采安全技术措施。

3、防治措施

探查隐伏断裂构造是防治底板突水的重点。工作中应加强矿井地质工作，对第一手资料进行收集整理，合理预测预报，即时探查、验证加以预防。遇导水断裂可采用留设防水煤柱、注浆加固、优化采掘布置，调整采煤方法等成熟有效手段加以防治。

3.1探查隐伏断裂构造

3.1.1水害隐患的探测预报

通过矿井水害特征和充水因素的分析不难发现，带压开采充水途径是导水断裂构造和陷落柱，加强导水断裂构造的探测预报是预防底板突水的重点。

根据本矿井实际情况，主要依托井下物探的方法进行隐伏断裂和断裂富水性的探查。目前，按照上级政府部门的文件精神要求，采取“物探先行、钻探验证、化探跟进”的防治水体系，先采取高分辨直

流电法仪进行物探，查明掘进工作面前方的异常区，然后根据物探的成果资料，及时进行钻探的验证工作，探放水设计主要依据是以探测前方的是否存在断裂构造及物探的探测出的异常区等进行针对性的设计。

对于采掘工作面前方根据地质资料的预测，会有断层、含水断层的存在，但是位置不清的时候，或者断层已为巷道揭露或穿过，暂时没有出水迹象时，都要及时编制探放水设计，进行探放水工作。这时，在探放断层导水性钻孔的布置和施工时，加强注意以下几个问题：①钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或孔中水压、水量突然增大，以及有顶钻现象时，必须立即停钻，记录孔深并同时将钻杆固定。立即向矿井调度中心汇报，及时采取措施进行处理。②应做到交接班不停钻。③探放断层水的探水孔终孔后，孔内有水应进行放水实验。孔内无水时应选择一个孔进行压水试验，检验断层隔水性能。④探放水钻孔，完成探测任务后必须全孔注浆封闭，并做好封孔记录。

3.1.2工作面的水情监测：奥灰水突入巷道之前，一般会有个过程，这个过程一般是几个小时至一两天，有的是开拓后半个月、数月之久。从开拓至奥灰水突出，总有一些迹象显示，这些现象就是突水的征兆。如突水点或附近矿压明显加大；巷道产生底鼓，岩层发出破裂声；有嘶嘶水叫声；帮壁有水珠及淋水等。

3.1.3水情监测注意的问题：

所以，对工作面的突水征兆进行严密的监测，是及时发现和预防突水的最直接的、最有效的方法和手段。特别是对工作面的揭露的出

水点、探测到的含水断层位置附近工作面、已经揭露的断层附近的巷道等地点，是监测的重点。采取密集观测，及时收集相关资料，并有详细的观测记录。

3.2断层防水煤柱的留设

3.2.1原因：

据不完全统计，煤层底板突水50%以上与断层有关。留设的防水煤柱必须留足，留设不足的防水煤柱，易造成矿压的集中，导致煤柱破坏，抗水压能力降低，在水压和矿压的联合作用下很容易片帮、冲垮而造成突水。而开采大断层的防水煤柱更是危险的事情，严加杜绝出现。

3.2.2防水煤柱的留设：

严格按照《煤矿防治水规定》附录八的相关规定，结合本矿井的实际观测资料，进行留设。特殊情况下，加大安全系数进行煤柱的留设设计。

3.3导水断裂构造的注浆加固：

3.3.1原因：

矿井开采10煤时，其正常地段的隔水底板厚度大于临界隔水层厚度。底板突水的可能主要是位于断裂构造附近，断裂构造的导水和隔水性能直接关系到带压开采的安全。因此，在适当时候，对断裂构造进行注浆加固。

3.3.2注意的问题;

确定注浆前，必须查明断裂构造的位置及发育特征。

3.3.3基本要求：

注浆加固工程应编制专门的注浆设计，明确注浆目标。在注浆前，对断裂构造进行放水或压水实验。根据实验结果，确定注浆孔的布置和注浆工艺。

用于注浆的井下钻孔均应按探放水钻孔的规定进行设计和施工。

注浆后应打检查孔，验证注浆质量，并进行注水实验。

3.4选择合理的开采方法和开采参数，减少采动影响

3.4.1基本说明：

这个措施，是在联合试运转以后，由基建改为生产的矿井转型之后，而在一定的生产年限以后，收集到一定的相关资料后，进行运作的一种预防措施。目前，只是建议性的在此方面提出一些想法：

3.4.2优化工作面斜长，减少底板采动破坏：

在底板隔水层厚度不变的情况下，减少工作面长度，减少底板破坏深度，增强抗水压能力。

3.4.3优化开采设计控制悬顶长度，减少底板采动破坏：开采时，尽量减少控顶距的长度，必要时，采取强制放顶的措施。

协调工作面开采节奏，减少底板破坏：尽量采用对拉工作面采煤，采煤时，对拉工作面上下面前后错开，其错距应尽量大于基本顶来压步距；受水体威胁的进距离煤层联合开采时（9、10煤层），上层煤工作面应超前，下层煤工作面应拖后，其错距要大于上层煤基本顶来压步距。

3.5补充水文钻孔，加强带压区的水文地质工作。

矿井水文地质补充勘探应当编制补充勘探设计，经煤矿企业总工程师组织审查后实施。补充勘探设计应当依据充分、目的明确、工程布置针对性强，并充分利用矿井现有条件，做到井上、井下相结合。水文地质补充勘探工作完成后，应当及时提交成果报告或者资料，由煤矿企业总工程师组织审查、验收。

3.6增加地质及防治水专业技术人员的配置，对矿井相关技术人员进行专门的防治水技术培训。

三、加强防治水工作管理

十六字原则：预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采。

五字措施：预、堵、疏、排、截

五到位：责任落实到位，人员落实到位，资金落实到位，规划预案到位，制度措施到位。

“四位一体”探放水体系：水患调查、三维地震、瞬变电法仪、钻探验证。

1.矿井防治水领导小组

矿井专门设立负责防治水领导小组，由矿长、总工程师和主管矿长等人员组成。任务是负责组织编制矿井防治水计划和设计，审批和允许采掘通知单，下达工作人员撤离的命令。

2.成立专职探放水队伍

矿井成立专职探放水队伍，并配齐配备专职技术人员和探水钻机，主要负责矿井的采掘工作面的探测施工。

3.建立水患预报及通知单制度：

主要是矿井年、季、月度水害预报制度

建立采掘安全确认移交通知单和水害通知单

山西吕梁中阳付家焉煤业公司

二〇一二年一月一日