工作面遇特殊地质构造带及老空区施工安全技术措施

阿拉善福泉煤炭有限责任公司煤矿工作面遇特殊地质构造带及老空区施工探放水、火、瓦斯安全技术措施编制：审核：总工程师：矿长：福泉煤矿2015年6月目录第一章采煤工作面过地质构造带及收尾的安全技术措施一、采煤工作面过地质构造带的安全技术措施二、采煤工作面收尾的安全技术措施第二章工作面过老空区施工安全技术措施一、工程概况二、过老空区探放水方案三、钻探施工四、过老空区掘砌方案五、过老空区“一通三防”安全措施六、过老空区施工辅助系统七、过老空区施工组织措施八、其它安全措施第一章井田概况及地质特征第一节井田概况一、矿井基本情况我矿为整合改造矿井，位于内蒙古自治区贺兰山北段煤田呼鲁斯太矿区百灵井田中南段19～24勘探线之间，行政区划位于内蒙古阿拉善左旗宗别立镇境内。本区距阿拉善左旗（巴彦浩特镇）北东约70km，距乌斯太镇约60km，距呼鲁斯太镇约3km。乌(达)～巴(巴彦浩特)一级公路从井田西侧通过，有简易公路与呼鲁斯太镇、宁夏石炭井煤矿相通。大武口～汝箕沟运煤专线铁路呼鲁斯太站距井田仅6km，交通条件便利。矿区面积约3.1072km2,设计生产能力120万吨/年，服务年限约20年。阿拉善福泉煤炭有限责任公司煤矿（简称福泉公司煤矿）是阿拉善左旗煤炭有限责任总公司原采矿许可证范围内的一部分。福泉公司煤矿范围内矿井共有7对，分别开采2、3、6、7及15号煤层，其中开采2号煤层1对，3号煤层1对，6号煤层3对，7号煤层矿井1对，15号煤层矿井1对。开拓方式均为片盘斜井开拓，井筒及运输巷道均沿煤层布设。本公司7对矿井除3号煤层矿井设计生产能力为6万吨／年，其余矿井设计生产能力均为3万吨／年。目前除3号煤层井（三层井）保留外（已改造为0.3Mt/a矿井），其它六对小井均已关闭。煤矿上部（+1350m以上），开采历史久，其采空区分布范围较大，故矿山在开采过程中，应严格按矿井设计的要求，留设保安煤柱，以防邻井积水直接溃入或沿断裂带涌入巷道。开采中各煤层出露情况基本与原报告叙述相同，2号煤层平均厚度2.0m，含夹矸0～4层，煤层直接顶板岩性大多为页岩或砂质页岩，一般厚度0.5～2.0m，其稳定性较差。2号煤层矿井涌水量约为100m3/d；3号煤层平均厚度为8.18m，含夹矸0～18层，煤层直接顶板为砂岩，该煤层顶板有一层伪顶为粘土岩，随采随落，使煤的灰分增高，另外3号煤层厚度较大，因采煤方法为房柱式，故回采率较低；开采过程中涌水量微弱，约为2m3/d；6号煤层平均厚度为0.9m，局部含1层夹矸，煤层顶板为灰岩，稳定性良好。6号煤层矿井涌水量十分微弱，基本无水；7号煤层平均厚度1.2m，局部含1层夹矸，顶板为灰岩，稳定性良好，涌水量微弱，1.0m3/d。二、地形地貌井田位于贺兰山北段，为低山丘陵地形，山势多呈北西～南东走向。最高标高为1658m，位于井田东南角，最低为1506m，位于井田北部的呼鲁斯太沟。区内沟谷不发育，地形切割不强烈。三、水系、河流区内水系不发育，境内无地表水体，多为干涸的沟谷，仅在大雨过后沟谷中有暂时性流水。夏秋季节多洪水，洪水来势凶猛，但延续时间短，很快沿呼鲁斯太沟排泄区外。四、矿井水文地质根据我矿有关地质资料，开采标高+1599--+900m。根据矿井水文地质条件，结合矿井已开拓过的井巷资料分析，矿井充水水源来自大气降雨，排泄除部分蒸发外，主要沿沟谷向下游排泄，经第四系孔隙、裂隙及采空区补给井下，造成矿井充水。现简述如下：1、井田主要含水层井田位于百灵井田24线以北构造简单地段，总体构造为一走向南东20～30°，倾向南西，倾角20～30°的单斜构造。区内地层主要由石炭系太原组，二叠系山西组、石盒子组组成。在沟谷凹地中有冲洪积相砂、砾石堆积物和风积砂、黄土。地下水主要赋存于沟谷凹地中的砂砾石层和石炭系以及二叠系砂岩地层中。本区地下水按其含水层埋藏条件及水力性质不同，可划分为第四系孔隙潜水和基岩孔隙～裂隙水。第四系松散冲洪积层：一般分布于沟谷凹地中，岩性以砂、砾石为主，厚度较小，含水层单一，水量一般不大。含水层水位、水量随季节变化而变化，埋深0.5～2m，流量0.48～3.6t/s，水质为Cl·SO4-Ca·Mg，矿化度小于1.0g/L，PH值为8.4～8.3的淡水。主要接受大气降水补给，排泄除部分蒸发外，主要沿沟谷向下游排泄。基岩孔隙～裂隙水：据含水层埋藏深度、岩性等划分为5个含水带。第一含水带为2号煤层底板以上150m左右，含水层厚度约77.0m，岩性为中砂岩夹砂质页岩，单位涌水量0.00365l/s·m，渗透系数0.004m/d。第二含水带为2号煤层底板～3号煤层底板，含水带厚度52.0m，含水层厚度约37.0m，岩性为中、粗砂岩夹煤层，单位涌水量0.00157～0.0709l/s·m，渗透系数0.0104～0.279m/d。第三含水带为3号煤层底板细砂岩～8号煤层底板，含水带厚度69m左右，含水层厚度约18.0m，岩性为砂质页岩、细砂岩、煤层夹灰岩三层，单位涌水量0.013l/s·m，渗透系数0.0609m/d。第四含水带为8号煤层～15号煤层底板，含水带厚度72.0m左右，含水层厚度约31.0m，岩性为中～细砂岩、砂质页岩、页岩夹煤层，单位涌水量0.000549l/s·m，渗透系数0.00132m/d。第五含水带为15号煤层～K1标志层底界，含水带厚度43.0m左右，含水层厚度约11.0m，岩性为砂质页岩、细砂岩、煤层夹两层灰岩，单位涌水量0.00026l/s·m，渗透系数0.00159m/d。各含水层的水质类型为Cl·SO4-K·Na或HCO3·Cl-K·Na。2、煤层及断层的含水特征从简易水文观测资料说明，煤层大多位于当地侵蚀基准面以下，各含水带具高压自流水，水位埋深一般在20～50m，地下水流势和地形相似，以辅6勘探线附近为地下水的分水岭，向北西、南东方向流洩。据钻孔揭露各断层破碎带时，冲洗液消耗量甚微，据2号水文孔F14正断层抽水结果，单位涌水量0.0134l/s·m,渗透系数0.318m/d，故区内断层水微弱，并以静储量为主，导水性不强。区内煤系地层地下水的主要补给来源于大气降水，但该区年降雨量仅150～200mm，而蒸发量为其12倍，属干旱地区，即降水量小，补给量少。综上所述，本区水文地质条件具以下特征：（1）本区水文地质条件简单，基岩含水量微弱，第Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ含水带接近无水，对矿井影响很小。（2）地下水补给来源为贫乏的大气降水，矿井排水以静储量为主，静储量疏干后相应地段干涸。（3）各含水带之间均以煤层及煤层顶底板砂质页岩、页岩为隔水层，各含水带水位标高水质类型略有差异，其间一般不发生水力联系。然而第四系潜水底部无隔水岩层，直接补给基岩孔隙裂隙水，从而增加矿井涌水量，故在沟谷地段水量增多。3、矿床充水因素矿床充水因素很多，尤其在随着开拓掘进，矿床充水因素也随着改变，但最主要的是构造与地貌的综合作用对矿井的威胁最大，巷道在通过含水带及断裂时，地下水可沿断裂流入巷道，同时需注意破碎带的坍塌。4、矿井涌水量目前大部分煤矿开采浅部地段，其矿井涌水量均很小，只需简单疏干。但随着井巷的延深，涌水量会逐渐增大，但增幅不大。根据矿井勘探地质报告，矿井实际正常涌水量为40m3/h(960m3/d)，最大涌水量为51m3/h（1224m3/d)。5、水文地质类型本区直接充水含水层的含水空间以孔隙为主，裂隙次之，直接充水含水层富水性弱(q＜0.1L/s·m)，另外补给源以贫乏的大气降水为主，侧向径流补给受含水层导水性限制，补给量不足。主要可采煤层虽然位于地下水位以下，但地下水径流缓慢，补给导水条件差。据此将勘探区水文地质类型划分为第一～第二类第一型，即为以裂隙—孔隙含水层充水为主的水文地质条件简单型矿床。第二章矿井排水设施能力现状该矿井整合后，原“60万吨/a井”中央水泵房主排水设备仍为矿井主排水设备。水流方向：一采区工作面涌水（顺槽污水泵）→轨道石门（自流）→南副斜井井筒→南副斜井井底车场→水仓，二采区工作面涌水（顺槽污水泵）一区段车场（自流）→北副斜井井筒（自流）→北副斜井井底车场（自流）→水仓，在回采、掘进工作面巷道积水排至南副斜井井底车场水沟内，流入水仓，由中央水泵房排水设备排至地面井下水处理站水池。2.1水仓井下设置主、副两条独立的水仓，总长度200m，容积为1008m3，主要水仓的有效容量应能容纳8小时的正常涌水量。本矿井的正常涌水量为40m3/h，则水仓有效容量需大于320m3/h，满足矿井涌水量的要求。2.2水泵主排水系统选用DFD85-67×9型离心式水泵，配用YB450S-2型、250kW、2985、10kV防爆电机三台，该矿选用3台DFD85-67×9型离心式水泵，正常涌水时，1台工作，1台备用，1台检修。最大涌水时，两台轮流工作。2.3水管主排水系统设置两趟管路，一趟工作，一趟备用。排水泵及管路能满足矿井正常涌水量及最大涌水量。2.4采区排水系统选用3台WQX15-50-4型隔爆潜污水泵来满足采区排水需要。正常涌水时，1台工作，1台备用，1台检修。最大涌水时，两台轮流工作。第三章采煤工作面过地质构造带及收尾的安全技术措施一、采煤工作面过地质构造带的安全技术措施1、采煤面遇到断裂带时，必须采取架棚背顶支护，支架要与裂隙方向带垂直，支架的规格、质量应符合要求。2、支护要及时，严禁空顶作业，支架必须架设牢固，并有防倒柱措施。3、断裂带较破碎时，必须沿断裂带走向留不小于5米的保安煤柱，并沿煤壁打点柱背帮支护。4、在断裂带附近作业时，要尽量减少爆破。确需爆破时，炮眼布置要合理，装药量要适当。5、出现透水预兆时，要立即撤离人员，待查明断裂带与积水区域的情况后，方可作业。6、严格执行上班前、放炮后严格进行敲帮问顶、支架验收、交接班和顶板分析等制度。二、采煤工作面收尾的安全技术措施1、由于采面接近收尾时，顶板压力增大，应加强工作面和工作面出口支护，必要时可采用架棚、木垛等特殊支护方式支护。2、切实做好运输巷道、切眼（小井）支护。3、留足保安煤柱，不得随意开采保安煤柱。4、加强工作面局部通风，确保工作面有足够的新鲜风流第四章水患类型及防治第一节矿区主要水害类型矿区存在水害主要有以下三种类型：1）老窑水区内采煤历史悠久。由于区内煤质好，煤层厚度稳定，地质构造中等，据矿方调查，矿区域内小窑开采数目多、采量小，为安全起见，矿山应掌握该矿区范围的老窑分布及积水情况，在掘进和回采过程中，必须坚持“预测预报、有掘必探，先探后掘、先治后采”的原则，同时必须坚持“有疑必停”的原则，防止透水事故的发生。若发现积水量较大，应先疏干再回采，以防突水。在以上措施下，老窑积水无突水危险性。2）顶板裂隙含水层第四系潜水底部无隔水岩层，直接补给基岩孔隙裂隙水，从而增加矿井涌水量，故在沟谷地段水量增多。2、3及15等煤层顶板岩性为中、细粒砂岩，厚度一般3～8m，有时厚达10余米，成份以石英、长石为主，胶结致密，地表裂隙发育，裂隙方向分为北西和北东两组，岩石吸水至饱和状态的抗压强度大于400kg/cm2，干燥状态的抗压强度为800kg/cm2以上，故当砂岩作为煤层的直接顶板时，稳定性良好。但2号煤层直接顶板岩性以页岩或砂质页岩为主，厚度0.5～2.0m，其稳定性较差。3号煤层顶部粘土垂直节理发育，易于块状冒落，其顶板粘土不开采时，应特别加强维护，以防渗水跨落造成事故。6、7号煤层顶板岩性为灰岩，厚度0.5～3.0m。吸水饱和时的抗压强度大于500kg/cm2，干燥状态的抗压强度在1000kg/cm2以上。稳定性良好，易维护。因此，井田内除2、3号煤层底板为砂岩外，余者均为页岩、砂质页岩，岩石性脆，浸水后不易膨胀，经实验煤层底板岩石软化系数虽低（0.75）,但底板尚稳定,易于管理，不存在突水危险性。3）底板岩溶含水层根据水文地质调查报告，2号煤层底板～3号煤层底板，含水带厚度52.0m，含水层厚度约37.0m，岩性为中、粗砂岩夹煤层，单位涌水量0.00157～0.0709l/s·m，渗透系数0.0104～0.279m/d。3号煤层底板细砂岩～8号煤层底板