带压开采安全技术措施(针对井下应设立防水闸门编制)

1带压开采安全技术措施一、概况根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室晋煤重组办发[2009]112号文《关于吕梁市兴县、石楼县煤矿企业兼并重组整合方案的批复》文件批准，由山西华润联盛能源投资有限公司对原兴县车家庄煤矿、原山西兴县东坡煤业有限公司、原山西兴县程家沟煤业有限公司进行兼并重组整合，兼并重组整合后煤企业名称为山西兴县华润联盛车家庄煤业有限公司。该矿现持有山西省国土厅2014年12月颁发的采矿许可证，证号C1400002009121220050465，批准开采6-13号煤层，生产规模90万吨/年，井田面积6.4916km2。该矿现为生产矿井，采用斜立井开拓方式。13号煤层采用走向长壁后退式综合放顶煤回采工艺，全部垮落法管理顶板。为了合理开发有限的煤炭资源，保证该矿开采的安全，使矿井能够“持续、高效、安全、有序、环保、健康”的发展，按照煤矿安全国家有关规定，特编制带压开采安全技术措施。二、地质概况（一）地层本井田位于河东煤田北部。在区域上，基岩大部分被新生界所覆盖，仅在沟谷中有所出露，其出露大致呈东老西新的情况，由老到新依次有太古界界河口群、吕梁山群，元古界野鸡山群、黑茶山2组、震旦系汉高山组，古生界寒武系中统、上统，奥陶系下统、中统，石炭系中统、上统，二叠系下统、上统，中生界三叠系下统、中统，新生界上第三系、第四系。（二）构造该井田总体构造表现为一单斜构造，倾向南东，地层倾角6°—9°，井田内煤层开采时未发现断层构造；建矿以来未做过矿压测试，生产建设过程中未发现天窗、矿压及地热异常现象。车家庄煤业在对13号煤层开采过程中共发现3个陷落柱，其中X1陷落柱发育于井田西北部，为原兴县程家沟煤业有限公司巷道揭露，呈近圆形，直径50m，陷壁角70°；X2陷落柱发育于井田东北部，为原兴县东坡煤业有限公司开采13号煤层时揭露，呈椭圆形，短轴70m，长轴100m，陷壁角70°；X3陷落柱发育于井田东南部，为原车家庄煤矿开采13号煤层时揭露，呈椭圆形。该井田在以往地质勘查过程中，未发现有岩浆岩活动。本井田构造属简单类型。（三）可采煤层井田内可采煤层有山西组的4(未批采)、6、8-2号煤层和太原组的13号煤层（见可采煤层特征表3-2-1）。可采煤层特征表表3-2-1煤层号煤层厚度层间距夹矸层数结构顶板岩性底板岩性可采性稳定性最小-最大平均最小-最大平均40.26-1.951.1910.92-20.600简单泥岩、砂岩泥岩、砂质泥岩局部可采不稳定31、4号煤层：位于山西组上部，下距6号煤层10.92-20.60m，平均15.25m。煤层厚度0.26-1.95m，平均1.19m。煤层可采性指数Km=0.78，煤厚变异系数γ=50%。不含夹矸，结构简单。东部剥蚀无煤。煤层顶、底板均为泥岩。属局部可采的不稳定煤层。4号煤层厚度有一定变化，可采范围位于井田西北部和西南部，煤层厚度变化无规律（见4号煤层厚度等值线图4-1-1）。2、6号煤层：位于山西组中段，下距8-2号煤层10.55-22.55m，平均17.22m。煤层厚度0-1.48m，平均0.90m。煤层可采性指数Km=0.67，煤厚变异系数γ=64%。不含夹矸，结构简单。东部剥蚀无煤。煤层顶板为泥岩、中、粗粒砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩。属局部可采的不稳定煤层。6号煤层厚度有一定变化，可采范围位于井田北部和南部，煤层厚度变化无规律（见6号煤层厚度等值线图4-1-2）。3、8-2号煤层：位于山西组下段，下距13号煤层62.56-72.51m，平均66.21m。煤层厚度0.60-2.21m，平均1.64m。煤层可采性指数Km=0.89，煤厚变异系数γ=33%。含0-1层夹矸，结构较简单。东部剥蚀无煤。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩，底板为泥岩。属稳定可采煤层。8-2号煤层厚度变化表现为中西部较厚，北部、东部、南部变薄（见8-2号煤层厚度等值线图4-1-3）。60-1.480.9015.2510.55-22.550简单泥岩、砂岩泥岩、砂质泥岩局部可采不稳定8-20.60-2.211.6417.2262.56-72.510-1简单泥岩、砂质泥岩泥岩全区可采稳定139.84-13.9512.6066.211-5简单-复杂泥岩、粘土岩泥岩、粘土岩全区可采稳定44、13号煤层：位于太原组下段。煤层厚度9.84-13.95m，平均12.60m。煤层可采性指数Km=1.00，煤厚变异系数γ=12%。含1-5层夹矸，结构简单-复杂。东北部局部剥蚀。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、粘土岩，底板为泥岩、砂质泥岩、粘土岩。属稳定可采煤层。13号煤层厚度变化不大，变化无规律（见13号煤层厚度等值线图4-1-4）。三、矿井水文地质（一）井田边界及水力性质井田南北长3.525km，东西宽3.025km，面积6.4916km2。井田范围由以下9个拐点坐标顺次圈定（见表1-2-1）。井田边界拐点坐标一览表表1-2-1点号1954年北京坐标系（3°带）1980年西安坐标系（3°带）X坐标Y坐标X坐标Y坐标14262200375140004262152.1037513929.3624262200375150004262152.1137514929.3734261200375150004261152.1037514929.3744259925375161304259877.0937515059.3754259005375155254258957.0937515454.3864258675375139604258627.0837513889.3774260040375132004259992.0937513129.3684260500375125004260452.0937512429.3694261000375126004260952.0937512529.36（二）含水层井田的含水层自上而下有：1）、第四系全新统松散岩类孔隙含水层组5分布在黄土丘陵区的现代河流一、二级阶地上，含水层以冲洪积砂砾石层为主，该含水层埋藏浅，易接受大气降水和地表水的入渗补给，一般单井出水量100-500m3/d，能得到地表水的入渗补给地段，富水性较强，反之则弱。2）、第四系上更新统松散岩类裂隙含水层组分布在丘陵区梁峁之上，含水层为黄土状亚砂土、亚粘土，局部夹砂砾石层，由于现代河流的冲刷、侵蚀，使该地层支离破碎，破坏了含水层的补给及储水条件，因而该含水层组水量甚微。3）、上第三系上新统松散岩类裂隙含水层组该地层主要分布在沟谷两侧的基岩顶面上，含水层为浅红色亚粘土夹砂砾石层，局部砾石呈透镜状。山西省地矿局第一水文队《山西省兴县东部乔家沟岩溶水水源勘查报告》对全境内该含水层的泉水调查116个，泉流量10—100m3/d的占30%，其它均＜10m3/d。4）、三叠系碎屑岩类裂隙含水层组区域西部沟谷中出露该地层，含水层以砂岩为主，裂隙较少，接受降水入渗补给条件差，富水性很弱，一般单井出水量＜10m3/d。5）、二叠系碎屑岩类裂隙含水层组分布在魏家滩至后发达一线，含水层以砂岩为主，该地层以砂岩、泥岩相间，直接接受大气降水补给，据调查各村中的吃水井大多取自本组地下水，一般单井出水量10—20m3/d，水质类型为HCO3—Na·Ca·Mg型及HCO3·SO4—Na·Ca·Mg型。6）、石炭系太原组碎屑岩及碳酸盐岩类裂隙含水层组分布在斜沟—关6家崖—车家庄一线，含水层以层间砂岩裂隙为主，厚10—20m，局部夹薄层灰岩，根据钻孔资料，关家崖矿区内见有三层灰岩，单层厚度0.11—2.24m，裂隙不发育。该含水层组地下水以弱承压水为主，富水性弱，涌水量一般＜10m3/d，水质类型为HCO3·SO4—Ca·Mg型。7）、奥陶系碳酸盐岩类岩溶、裂隙含水层组含水层岩性以巨厚层灰岩、豹皮灰岩、白云质灰岩为主，总厚度330—400m，主要分布在奥家湾—斜沟以东地区，以西逐渐倾没于石炭系、二叠系地层之下。其富水性受含水层厚度、岩溶裂隙发育程度以及补给、径流条件的控制，在水平和垂直方向上都具有明显的差异性和规律性。在水平方向上：补给区位于木崖头—交口以东地区，出露地层以奥陶系下统白云质灰岩、白云岩为主，厚100—120m，富水性较差，一般单井涌水量＜1000m3/d；径流区在斜沟—车家庄以东地区，含水层以奥陶系中统上、下马家沟组地层为主，厚210—360m，富水性渐好，单井涌水量可达1000—2000m3/d；斜沟—车家庄以西地区为岩溶水汇流区，奥陶系地层全倾伏于石炭、二叠系地层之下，其富水性最强，单井涌水量一般可达2000m3/d以上。在垂直方向上：一般埋深400—600m之间岩溶裂隙比较发育，而400m以上大多被红粘土充填，600m以下则裂隙发育较差，富水性也较差。8）、寒武系碳酸盐岩类岩溶、裂隙含水层组寒武系地层出露于区域岩溶水补给区，主要分布在明通河、界河口附近的山地附近。含水层为灰岩、竹叶状灰岩，鲕状灰岩、白云岩等，总厚度150-180m。恶虎滩一带寒武系地层分布在变质岩之上，在沟谷切割深处，地下水沿隔水顶板以泉的形式溢出，泉流量一般为2L/s，富水性较好，单井涌7水量为500-1000m3/d。（三）隔水层主要隔水层为石炭系本溪组泥岩隔水层，它位于煤系地层的底部，以一套泥岩、粘土岩、铝土岩为主的地层，它是煤系地层中的主要煤层和奥陶系含水岩层组之间的重要隔水层。该组地层厚度平均为33.04m，其中泥岩及粘土岩占地层厚度的70—90%，是良好的隔水层。四、对奥陶系灰岩水带压开采的可行性分析奥陶系地层出露于矿区外西部，峰峰组石灰岩是本区煤系地层下伏的主要含水层。岩性为质纯、致密、性脆的石灰岩、泥灰岩，裂隙稍发育，一般被方解石充填，局部偶见有封闭式小溶洞，可见有角砾状石灰岩，棱角状灰岩碎块被泥灰岩胶结，厚度70.05m，属于弱富水性岩溶裂隙含水层。上马家沟组主要为石灰岩、泥灰岩、白云质灰岩，具裂隙，但大都被方解石脉或石膏充填，含水性不大。属于弱富水性岩溶裂隙含水层。本井田奥灰水水位标高为840--858m。井田内13103工作面在井田东南部低于奥灰水水位标高，在开采过程中，由北向南带压程度逐步加大，奥灰水对我矿安全生产是否构成严重的安全威胁，我矿能否进行带压开采，是我们首先需要进行分析研究的问题。井田内奥灰水水位标高在840--858m之间，高于井田东南角13号煤层的最低标高（+768m），对本井田东南角13103工作面开采有8充水影响，下面计算13103工作面底板最低点奥灰水突水系数，以预测13号煤层奥灰水突水的可能性。（一）突水系数计算：计算公式：K=P/M式中K—突水系数（MPa/m）M—底板隔水层有效厚度（m），取本溪组及山西组13号煤层下部地层厚度，做为有效厚度。13103工作面底板最低点标高为768m；对应的奥灰水位为850m；底板隔水层有效厚度为52.3m。P—隔水层底板承受的静水压力（MPa）P=（Ho-H1+M）×0.009813103工作面隔水层底板承受的静水压力:P3#=（Ho-H13#+M3#）×0.0098=（850m-768m+52.3）×0.0098=1.316MPa其中Ho—奥灰岩溶水水位标高（m）H1—煤层底板最低标高（m）M—底板隔水层有效厚度（m）把以上参数代入公式进行突水系数计算如下：13103工作面的突水系数：K13#=P13#/M13#=1.316MPa/52.3m=0.025MPa/m根据《矿井防治水规定》和山西兴县华润联盛车家庄煤矿实际生产情况看，具有构造破坏的地区，安全突水系数临界值按0.06MPa/m考虑，无构造破坏的地区，安全突水系数临界值按0.10MPa/m考虑。9根据以上计算可知，井田内13103工作面最低点奥灰水突水系数为0.025MPa/m，小于受构造破坏区临界突水系数值0.06MPa/m，因此我矿现开采无突水危险，工作面回采是安全的。（二）安全隔水层厚度计算：计算公式：t=p4)p8r(22KrLPKLL式中：t——安全隔水层厚度（m）；L——巷道底板宽度（m），结合现有井下开采实际情况，巷道底板宽度取4m；r—