防治水工程设计和施工安全技术措施

桐梓县松坎道角煤矿防治水工程设计方案和施工安全技术措施二零一三年四月1桐梓县松坎道角煤矿防治水工程设计方案和施工安全技术措施第一章矿井概况一、矿井概述1、矿井简述道角煤矿为新建矿井，贵州工业大学勘察设计研究院于2003年8月提交了《贵州省桐梓县道角煤矿可行性研究报告》（以下简称原设计），经贵州省煤炭管理局以黔煤规字[2003]354号文审批同意；贵州工业大学勘察设计研究院完成了该矿《安全专篇》，经贵州煤矿安全监察局以黔煤安监二字[2003]263号文审批同意；2004年11月取得采矿许可证（证号：5200000410222）。2、交通位置贵州省桐梓县松坎镇道角煤矿位于桐梓县松坎镇岩椅村，距县城平距约42Km。地理坐标：东经106°53′49″～106°54′25″，北纬28°30′14″～28°31′32″，矿山以西约6Km处有川黔铁路、210国道、G050高速公路通过。矿区有乡村公路相通，交通条件较好。3、井田地层及构造矿区位于乐平背斜东翼，乐平背斜轴展布于井田的东侧，轴向30-40°,轴线长约10km。核部地层主要为茅口组（P2m）灰岩，在圈子一带出露有少量韩家组（S1hj）地层。两翼地层分别为：二叠系中统栖霞组（P2q）、茅口组（P2m）、二叠系上统龙潭组(P3l)及长兴组(P3c)，三叠系下统夜朗组（T1y）及茅草铺组（T1m）等地层。矿区内地层呈单斜产出，倾向120-140°，地表岩层倾角5-12°，2从坑道测量情况看，煤层倾角在6-8°，平均7°。断裂不发育，煤层中局部有小断裂错动，但由于延伸短（3-5m）、断距小（0.3-0.5m）、对煤层连续性破坏不大，构造复杂程度属简单型。二、水文地质概况矿区为中、高山地貌，最高海拔标高1324m地形较陡，多为陡壁或较陡之斜坡。主要位于松坎河流域的水文地质单元内，最低标高410m，是区域内的最低侵蚀基准面。矿区水系发育，在矿区外围北东发育一条小溪，小溪由北东向南西径流，从矿区中部穿过，切过煤系地层标高为810m，在矿区西南外围跌流入小河，小河在矿区南面由东向西径流入松坎河。南部小溪最低标高为730m，可视为矿区的当地最低侵蚀基准面。三、井田充水因素大气降水、老窑积水、顶板岩溶裂隙含水层、顶板裂隙含水层、底板岩溶裂隙含水层是矿床充水的主要因素。该矿井周边有老窑采空区，容产生积水，在掘进过程中，容易发生老窑透水、突水现象。矿区内含煤地层之上有玉龙山段、长兴组含水层存在，但因C3煤层之上有厚约20m隔水层相隔，故在开采时不宜对顶板进行破坏，二叠系中统茅口组岩溶裂隙含水层顶界距C1煤层之间仅有5-10m的隔水段，故该层构成了矿床的底板直接充水含水层。未来在开采过程中，若遇断裂破碎带、溶蚀裂隙带等软弱部位时，由于水头压力作用，其与矿床之间的隔水层将被破坏，地下水沿破碎带及较薄隔水层带（小于临界隔水厚度带）向矿井井巷突水，从而成为矿床充水因素。5、矿井涌水量根据资源储量核实报告，矿井最大涌水量2.75m3/h，最小涌水量1.25m3/h，正常涌水量1.67m3/h，但所提供的涌水量是矿井在建设期间3的涌水量，并不能真实反映矿井开采过程中的涌水量，矿井在进行正常生产时必须进行涌水量的实测，以便指导生产。四、水害防治（一）技术措施1.矿井开拓工程及层位选择主平硐标高+825m，方位角236°，利用原运输大巷作轨道大巷，原回风大巷作回风大巷，由主平硐掘石门穿C3煤层底板，距离C3煤层30m左右，布置运输大巷；风井标高+873m,方位角236°，风井自顶板穿层至C3煤层后沿C3煤层布置回风斜巷至回风大巷位置；副平硐标高+810m，方位角287°，掘进146m后以15°倾角掘进行人斜巷与回风斜巷相连；自轨道大巷、回风大巷沿C3煤层倾向布置分带运输和回风斜巷至盘区边界后掘进开切眼安装设备即可生产。2、开拓系统现状（1）盘区内的开采顺序布盘区间的开采顺序为一盘区、二盘区。（2）盘区内分段的开采顺序盘区内划分为带区，一盘区分带间的开采顺序为矿井东部边界往西部边界的顺序，二盘区为矿井西部往东部的顺序。（3）盘区内煤层的开采顺序盘区采用单层布置，开采顺序为：一盘区C3煤层、二盘区C3煤层、二盘区C1煤层、一盘区C1煤层。（4）工作面的推进方式工作面为倾斜长壁仰（俯）斜采煤法。3、采掘工程采取的防治水措施4根据井田地质水文资料和开采煤层的赋存状况，必须打超前钻孔探水，做到“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”，并采取其它防治水措施。（1）巷道过断层或在其附近开采时，要采取探放水措施，探清其范围并留有足够的安全煤柱，采取“探、放、堵、截、排”综合防治措施。1）必须坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则；2）发现疑似积水区域，严格按规定对积水区域进行探放。3）相邻矿井的分界处，必须留防水煤柱，在断层两侧留防水煤柱；4）采掘到探水线位置时，必须探水前进；5）每次降雨后，应及时观测井下水文变化情况；6）采掘工作面或其他地点有突水预兆时，必须停止作业，采取措施，撤出所有受水威胁的人员；7）矿井必须做好采区、工作面水文地质探查工作；8）探放水工作必须有专人负责；9）生产中对小型突水采用强排的方式进行排放，但也应建立对较大突水情况的封堵措施，以预防较大突水事故的发生。10）采区巷道沿煤层顶底板布置，受煤层起伏影响较大，巷道中会出现积水现象，在生产期间应根据实际情况，在巷道适当位置设置水窝，用小水泵将水排至采区水仓，保障采区巷道运输畅通。11）及时清理巷道水沟，保持其畅通与清洁。（二）管理措施平时加强防汛宣传，建立探放水管理制度；做好防水计划；成立“雨季”三防指挥部，组织雨季前“三防”大检查；加强职工培训，保证安全生产。5（三）物质措施拨出专项资金，专款专用，保证防治水物资供应。第二章矿井防治水措施一、矿井开拓开采所采取的安全保证措施1、采、掘工程所采取的防治水措施掘进工作面共配备有探水钻机，井下各积水点均设置了小水泵。2、相邻矿界、采区边界、断层、无炭柱两侧、采空区边界、钻孔、煤层露头等，必须留防水煤柱，严禁在各种防水煤柱中采掘。3、必须经常了解相邻矿井开采情况，掌握其采空范围，涌(积)水情况、防止越界开采，造成巷道相互贯通，采空区积水涌入矿井，造成涌(突)水事故的发生；一旦发现煤壁发潮、有水锈等透水预兆，立即采取措施，严防突水及事故的发生。二、防治水煤(岩)柱的留设1、防水煤(岩)柱种类留设防水煤柱的目的是为了截止井上、下各种水源的通道。确定煤柱尺寸，必须考虑到水源的压力、流量、煤层的赋存状况等各种因素。2.防水安全煤(岩)柱的留设种类主要有断层防水煤柱、井田边界煤柱和采空区边界煤柱等三种。3、防水煤(岩)柱留设（1）采空区边界煤柱开采前，必须查明采空区开采范围及积水情况，煤柱留设尺寸参考井田边界防水煤柱计算，并且不得小于20m。（2）导水钻孔煤柱6本井田内未发现钻孔导水现象。但从安全角度考虑，应核实全部钻孔的封闭情况，如发现封闭不良钻孔，应重新封闭，避免钻孔与地面或含水层沟通造成导水。对不能有效封闭的钻孔，采取留设防水煤柱等有效防治水措施。煤柱留设尺寸参考导水断层煤柱计算，并且不得小于20m。三、区域、局部探放水措施及设备（一）探放水原则1、探放水原则采掘工作必须执行“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原则，根据矿井的具体条件，遇到下列情况之一时，必须探水：（1）接近不明井巷、老空时；（2）接近含水层、导水层和裂隙带等时；（3）接近未封闭、可能突水的钻孔时；（4）采动影响范围内有隔水岩柱厚度不清时；（5）接近水文地质条件复杂地段、情况不明时；采、掘工程接近其它可能突水地段时。2、探放水方法的确定（1）探水线的确定①老空的探水线对开采所造成的老空、老巷、水窝等积水区，其边界位置准确，水压不超过1MPa，探水线至积水区的最小距离：在煤层中不得少于30m，在岩层中不得少于20m。在巷道掘进特别是靠近采空区、褶曲、断层、陷落柱等构造时，应切实加强探放水工作，对积水区，虽有图纸资料，但不能确定积水区边界位置时，探水线至推断的积水区边界的最小距离不得小于60m。7（2）井巷通过导水或可能导水断层前，必须超前探水。探水线（探水起点）至断层交面线的最小距离不得小于25m，水压大于2MPa时应按每增加0.1MPa增加0.5～1m。（2）警戒线沿探水线外推60～150m为警戒线。（3）探放水钻孔布置1）超前距、允许掘进距离、帮距和密度的确定超前距：按以下公式计算α=0.5ALPKP/3式中：α—超前距，m；A—安全系数，一般取2～5，本设计取4；L—巷道宽度（宽或高取大者），为5.0m；KP—煤的抗张强度（kgf/cm2），KP取10kgf/cm2；P—水头压力（kgf/cm2），P=40kgf/cm2。则：α=0.5×4×5×10/403=34.64（m）因此，超前距为30m。允许掘进距离：每次探放水钻孔施工完毕后，以最短的钻孔长度（水平投影长度）减去超前保护距离之后所剩余的距离。帮距：取20m。钻孔密度（孔间距）：坚直扇形面内钻孔间的终孔垂直距不得超过1.5m；水平扇形面内各组钻孔间的终孔水平距离不得大于3m。3）钻孔布置与孔数①水平扇形面内各组钻孔间的终孔水平距离不得大于3m。②探水钻孔的最小超前距或帮距不得小于20m。83、探水时采取的安全措施(1)、探放老空水前，首先要分析查明老空水体的空间位置、积水量和水压。老空积水区高于探放水点位置时，只准打钻孔探放水；探放水时，必须撤出探放水点以下部位受水害威胁区域内的所有人员。探放水孔必须打中老空水体，并要监视放水全过程，核对放水量，直到老空水放完为止。钻孔接近老空，预计可能有瓦斯或其他有害气体涌出时，必须有瓦斯检查工或矿山救护队员在现场值班，检查空气成分。如果瓦斯或其他有害气体浓度超过《煤矿安全规程》规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告矿调度室，及时处理。(2)、钻孔放水前，必须估计积水量，根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水流量；放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量、水压，做好记录。若水量突然变化，必须及时处理，并立即报告矿调度室。(3)、探水前，必须加强探水附近巷道的支架，背好顶、帮，工作面打上坚固的顶柱，以防高压水冲跨煤（岩）壁和支架。(4)、检查排水系统，应根据预计出水量确定是否加大排水能力，清理水沟、水仓使其畅通和起缓冲作用；(5)、水压较大时，探水孔要设套管，以便安装水阀控制放水量；(6)、探水工作地点要安设电话，以便能及时与调度室和中央泵房联系。(7)、清理巷道，挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时，必须配备与探放水量相适应的排水设备。(8)、施工前，电工必须对钻机检查维修，保证钻机完好，设备不失爆，将钻机运到位，接好钻机后，并做到风电闭锁。9(9)、风筒必须接至打钻地点，并保证足够的风量，保证巷道的正常通风，打钻时，必须有专职瓦检员检查瓦斯，保证施工地点及打钻过程中瓦斯浓度都不得大于1.0%，否则停止作业，采取措施处理，正常后方可正常作业。(10)、打钻时，班组长必须携带便携式报警仪，并悬挂在钻机上方，加强对瓦斯的检查，严禁瓦斯超限作业。(11)、开始打钻时，严格按给定的参数进行开孔，保证钻孔符合施工要求。(12)、打钻时，要先给钻机上水，钻孔中水流出后，在进行开钻，严禁干打眼。(13)、开钻后，要做好钻孔施工记录，施工记录包括深度、岩性、见煤位置、煤层厚度、见水深度、水量、瓦斯涌出量等，并填好记录。(14)、钻孔当班一次不能施工结束，必须将钻杆全部退出，防止卡钻。(15)、一个钻孔施工结束，无水涌出时，必须用可靠方法将眼口封堵，防止瓦斯涌出造成瓦斯积聚或超限。(16)、探水时，如遇到钻孔水压、水量突然增大，应立即停止探水，固定钻杆，严禁移动钻机或拔出钻杆。(17)、出现透水预兆时，必须立即撤出受水威胁地区人员，并向上级汇报，采取措施处理，透水预兆有：①工作面温度降低，人感觉发凉；②空气潮湿，湿度增大；③煤壁出现“挂红”（水锈）、“挂汗”（渗水）现象；④前方听见“嘶、嘶”的水叫等声音；⑤工作面压力增大