矿井防治水
7 矿井防治水
7.1 矿井水文地质
7.1.1 水文地质情况
1、区域水文地质
(1)地形地貌
本矿位于云贵高原北部,南北向龙街向斜南西扬起与北东向构造之交汇部,属构造剥蚀、溶蚀中山地貌,山脉走向与构造形迹近于一致。岩溶及沟谷发育,地形切割较大,总体趋势南高北低。本区最高点 “阿之院子”海拔2466.1m ,最低点标高为北东“岔河”一带海拔标高1896.2m ,相对高差569.9m 。由石炭系旧司组、上司组、摆佐组、汤粑沟组的灰岩、泥灰岩、白云岩构成岩溶化台地及峘状山岭。其间发育溶洞、漏斗、溶蚀洼地等喀斯特地貌。
矿区属浅切割的中山地貌,地面多被第四系坡积物覆盖。受岩石抗风化能力差异的控制,地形坡度变化较大,形成多级夷平面;矿区北部煤系地层出露地段地形坡度15°~25°,中部、南部旧司组、地层出露地段坡度一般为30°~40°,局部为陡坡或陡崖,形成台地。南西部上司组出露地段台地以上,地势较平缓,为溶蚀沟谷或洼地。
(2)气象、水文
①气象
本区属亚热带高原季风性气候区。年均气温10.6o C ,最高气温28.7o C ,最低气温-11.8o C 。最热为7月份,月均气温17.2o C ;最冷为1月份,月均气温2.1o C 。年均降雨量865.6mm ,最多年达1050.7mm ;最少年仅739.4mm ;5-10月份为丰水期,占年降雨量的80%以上。
②水文
根据现场调查了解和《贵州省威宁县锅泥沟煤矿补充勘查地质报告》资料,补充本区属于长江流域。区内有三条常年性溪沟在北部汇流,总体流向北东向,补充本区东部溪沟冬季枯水季节流量0.2~2 L/S,平均流量1L/S;中部锅泥沟冬季枯水季节流量14L/S。其余为雨源性溪沟。该煤矿范围内可供选择的主要水源有:
锅泥沟溪沟:锅泥沟溪沟发育于井田西南部黄家垭口一带,属常年性地表河溪。由上游小溪沟及岩溶泉水补给,水量随季节性变化大。由南向北流入岔河流出区外。锅泥沟上游流量146L/S(12614m 3/d),下游流量350L/S(30240m 3/d),岔河流量420L/S
(34733m 3/d)。
本区域河溪流量暴涨暴落,根据洪痕和访问资料,暴雨洪峰流量大于枯季流量百倍以上。
(3)含、隔水层概况
①摆佐组(C 1b )
地表掩盖强烈,未出露完全,地层剖面仅测制其底部地层;浅灰、灰白色厚层至块状燧石结核灰岩,顶部为细晶白云岩。以白云岩与下伏上司组泥晶灰岩分界。厚大于40m 。
②上司组(C 1s )
上部灰岩页岩段:岩性主要由灰色中厚~厚层状生物碎屑灰岩、泥质灰岩、黑色页岩组成。含燧石条带或团块。含丰富的动物化石,主要有双壳类、珊瑚等。
中下部砂岩页岩段:由石英砂岩、页岩组成,以页岩为主,中夹多层泥质灰岩薄层,底为细粒石英砂岩。
下部灰岩段:主要岩性组合为泥晶灰岩、泥质灰岩夹页岩,以泥晶灰岩为主,含燧石团块,产丰富的动物化石,主要为双壳类、菊石、珊瑚等。
底部为泥质灰岩,与旧司组页岩分界。本组厚420~500m 左右。
③旧司组(C 1j )
下石炭系旧司组:为相对隔水岩组,岩性为紫色及灰色页岩、泥质灰岩为主,夹炭质页岩,出露约215m ,厚度约150~210m ,局部裂隙发育。主要表现为砂岩含水和裂隙充水,页岩隔水的相间含水特征。地表多形成斜坡地形,有利于大气降水补给,但泉水出露较少,流量小于0.5升/s。为弱含水层。
④详摆组(C 1x )
本区的主要含煤地层,以页岩、砂岩为主,上部夹泥灰岩(或泥质灰岩)薄层。厚230~452m 。含煤8~9层,单层煤厚0.1~1.90m ,多以煤线及透镜体产出。根据岩性组合及含煤特征可分为三段。
⑤汤耙沟组(C 1t )
本组总厚560.2m 。主要岩性为灰~深灰、灰黑色中厚—厚层状致密灰岩及结晶灰岩,下部夹硅质灰岩、页岩、炭质页岩;顶部为泥质灰岩,局部为燧石结核。自下而上颜色变浅,硅质含量减少,泥质成分增多。产丰富的动物化石。主要有双壳类、珊瑚、腕足、海百合等。
(4)地下水补、迳、排条件
本区地下水主要来源于大气降水,另外一部分是地表浅层潜水及风化裂隙水,多数不产生深部径流循环,而是以下降泉的形式排入大河中。 2、断层、裂隙、陷落柱等构造的导水性
F1断层(呢起崖断层):位于矿区外北东部,断层呈北西~南东向展布,全长近5000m ,倾向南西,倾角较陡,断于汤粑沟组灰岩之中。为区域性正断层,该断层对本矿区范围内煤层无直接影响。
F2正断层发育于矿区东部,走向100°~120°,倾向北东,倾角约70°,落差20-40m 。对井下的开采有一定影响。
F3断层:位于矿区北东部,呈北西南东向延伸,北西起于山后头汤粑沟组灰岩,推测与F 4相交。向南东延伸,斜穿矿区后在王家院子逐渐减弱,消失于旧司组灰岩之中,全长3800m 。断层倾向北东,倾角较陡推测大于60°。是一条南西盘(下盘)下降,北东盘(上盘)上升的逆断层。受此影响,在锅泥沟附近造成区内各煤层错断。井下见该断层上盘煤层下挫近30m ,对矿区东部煤层影响较大,造成对煤层的连续性破坏。
F4断层:位于矿区西部边界处,呈北东~南西延伸再转向近南北向,全长近4500m 。断层倾向西,倾角约45°。断层沿地层倾向切割矿区所有地层,造成煤层错动变形,据地表岩性判断短距在60m 以上,上盘(西)上升,为逆断层,断层向南东方向逐渐减弱,南东不消失于上司组灰岩中。下一步有待查明该断层对煤层的影响程度,本次以该断层作为矿区西部自然边界。
F5正断层发育于矿区南部,走向30°~50°,倾向北西,倾角约70°,落差20~40m 。断层沿地层倾向切割矿区所有地层,造成煤层错动变形,对矿区东部煤层影响较大,造成对煤层的连续性破坏。对井下的开采有一定影响。
3、地表水、地下水补给、排泄条件及动态
受地层、岩性、构造、地貌、气象及水文等因素的控制,区内地下水类型及赋存特征如下:
1)第四系(Q )含水岩组:
主要为砂、泥岩、腐植土、亚粘土等松散堆积层、冲积层,多分布于洼地、沟谷两侧及缓坡地带,厚度变化不大(0~5m ),它是直接受大气降水补给,同时又是地表水汇集渗流的场所。
2)碳酸盐岩夹碎屑岩类岩溶水:
下石炭统旧司组含水岩组:岩性主要为灰、深灰色中厚层泥晶灰岩、泥灰岩、砂岩、粉砂岩及粘土岩。含溶隙、裂隙水,区内无泉水出露,含水性及导水性均较差,富水性弱。
下石炭统详摆组:岩性主要为深灰色薄至中厚层粘土岩和泥晶灰岩、泥质灰岩。含裂隙、溶隙水,区内无泉水出露,含水性及导水性差,富水性强。
3)基岩裂隙水
下石炭系上司组含水岩组:岩性主要为灰至深灰色砂岩夹泥灰岩。含裂隙水,调查泉点3个,流量均小于2l/s,富水性弱。
4)孔隙水
零星分布于本区东侧,主要为残坡积土,为透水而不含水层。
4、充水因素分析
根据本区水文地质特征分析,可能构成本区充水因素的主要水源有,大气降水补给,这是主要补给水源;地表水渗入补给,煤系中砂岩含水,但本身含水量较小。
本区内原有的生产小煤矿,以平硐和斜井为主,其矿坑水现采现排,积水量较少,对矿山的开发影响较小。但据调查,本区范围内及周边分布有较多的老窑,为当地居民开采自用煤形成,采坑长几十米至300m 不等,多为平硐或斜井,由于时间较长,现又进行了封闭,均汇聚了一定的老窑积水,是矿床充水水源之一,对矿坑的安全构成了一定的威胁。
本区内地表水主要为岔河、锅泥沟、干沟河溪流。这几条溪流在自然状态下对矿床充水影响极小,但在开采条件下可通过塌陷裂隙、断层破碎带等渗入矿坑而成为充水水源,对各煤层的开采均构成威胁.
充水方式:矿床主要充水水源(地下水、老窑积水)与矿体直接接触,地下水通过裂隙、溶隙、断层破碎带直接进入矿坑,故矿床为直接充水矿床。
5、本区水文地质条件评价
本区主要以裂隙含水层充水为主,其与煤层直接接触,本区水文地质勘探类型为直接充水的裂隙型充水矿床。
另本区内主要煤层(M5、M9)位于当地侵蚀基准面以下,地形有利于自然排水,矿床主要充水含水层和构造带富水性弱,地下水补给条件差,本区水文地质简单,同时本次工作中对本区内部分生产煤矿进行了水文地质观测,均处于湿至干燥状态,井内无积水,本区属水文地质条件简单的矿床。
6、矿井正常涌水量和最大涌水量
《贵州省威宁县锅泥沟煤补充勘查地质报告》对首采区的涌水量井下了预计,具体预计方法如下:
(1)地下水动力学法预算
矿区内为单斜构造,地下水具有有承压状态,岩层裂隙随埋深增加而减弱,富水性明显变弱。故选用坑道法单侧进水承压转无压公式计算。其结果见表7-1-1。
表7-1-1 地下水动力学法预算结果表
注:Q ——坑道预计涌水量; B ——坑道长(按M9煤层底板等高线图+1600m标高取值);
R ——坑道平均影响半径(按M9煤层底板等高线图取平均值);
H ——平均水柱高度;
K ——平均渗透系数;
M ——含水层采用厚度;
以上各参数均按ZK1-1、ZK3-1、ZK7-2、ZK9-1号钻孔抽水资料确定;
(2)水文地质比拟法预算
锅泥沟煤矿开采M5煤层。按单位涌水量比拟法预算坑道涌水量,煤矿正常涌水量为50t/d,最大涌水量为200t/d。
采用计算公式:Q =Q 1⨯
式中:
Q —预测煤矿涌水量(t/d)
Q1—煤矿现状实测涌水量(t/d)
F —矿区开采面积(km 2)
F1—现状煤矿实际采区面积(km 2)
S —预测未来地下水位下降值(m )
F ÷F 1⨯S ÷S 1
从上述两种方法计算的矿坑预计涌水量结果看,地下水动力学法与水均衡法比较接近,我们认为,矿坑涌水量采用地下水动力学法预算的结果比较合理,即:正常涌水量1280t/d、最大涌水量3406t/d作为煤矿设计的参考值。
开采后岩石裂隙的扩张、地表水和地下水自然流域的改变,将影响矿坑涌水量增加幅度,因此在顶板管理方法上应采取措施,防止塌陷带范围扩张和渗入系数变大。
(3)煤矿涌水量预计
综合以上两种计算的煤矿涌水量,加之煤矿设计工程人员现场勘查及了解周边矿井的涌水量情况,预计在+1830.0m标高以上正常涌水量为100m 3/h,最大涌水量300m 3/h。虽然煤矿的涌水量有理论的计算,但业主在建设、生产过程中,应加强水文地质勘探工作,及时掌握井下水的变化情况,根据实际涌水量的大小,随时增加排水设施,以保证煤矿生产安全。
7.1.2 矿井水文地质特点、水患类型及威胁程度分析、可能发生突水的地点和突水量预计
1)矿井充水因素及水文地质类型
矿区内无较大的河流通过,地层稳定,构造发育程度中等。矿井直接充水含水层为下石炭统旧司组含水岩组、下石炭统详摆组总体可视为弱富水含水层。本井田大部分矿床位于区外最低侵蚀基准面以下(最低侵蚀基准面为+1896.2m),四周视为无限补给,大气降水为主要充水水源。
下石炭统详摆组:岩性主要为深灰色薄至中厚层粘土岩和泥晶灰岩、泥质灰岩。含裂隙、溶隙水,区内无泉水出露,含水性及导水性差,富水性强。
因此,矿区属于基岩裂隙含水层矿床,富水性弱至中等,水文地质条件简单,水文地质勘探类型为以顶板直接进水裂隙充水矿床。
2)矿井水文地质特点、水患类型及威胁程度分析
矿井的直接充水岩组详摆组(C 1x )的富水性较弱,在本区内地表无大的河流、水库等水体,而F1断层又位于矿区南面,对矿区今后开采影响不大。因此,本区的水文地质条件简单,其水文地质勘探类型可定为以构造裂隙为主,顶板直接进水,水文地质条件简单的裂隙充水矿床。从邻近矿井和老窑调查的结果看,矿井的充水水源
为地下水、地表水、老窑积水和大气降水。矿坑的充水主要是裂隙水、老窑积水通过裂隙进入矿井。因此,采空区和浅部老窑积水是矿井的主要水害,当矿井巷道与采空区或老窑连通时即溃入矿井,容易造成突水灾害。
3)钻孔水
本井田施工了8个钻孔,所施工钻孔竣工后按分队地质、水文地质技术人员作出的封孔设计进行封孔,封孔原则是,先将孔内用清水冲洗,直至孔内返出清水为止。再将未变质的水泥与过筛的细砂,按1:2的比例,加适量的水,配成水泥砂浆,从水泵通过钻具送入孔内。封孔要求煤系地层、含水层、断层破碎带及滑坡层用水泥或水泥砂浆封闭,非煤系地层用浓泥浆充填,在水泥砂浆与浓泥浆交界处,下一木塞,孔口用水泥或水泥浆封闭,埋上标识。
钻孔封孔工作满足《规范》要求。钻孔质量:本次施工钻孔8个钻孔有1个甲级,7个乙级孔。因此本井田没有施工不良的钻孔,钻孔突水可能性不大。
4)矿井水文地质特点、水患类型及威胁程度分析
可能发生突水地点和突水量预计
a 、矿井地处山区,地表冲沟发育,井口及工业场地可能遭受到区域性洪水的威胁。井筒和老空是突水地点;井筒灌水时,水势迅猛。
b 、在采掘工作面,地表水从顶板突出,突水压力和突水量由地表水体的决定。 c 、在采掘工作面,遇到地质钻孔时,发生突水,一般突水量小于10m 3/min。 d 、在采掘工作面,接近断层、陷落柱时发生突水,一般是水量先小后大。
e 、在掘进工作面,爆破时诱发老空突水,发生迅速,破坏性大。
f 、在采掘工作面,底板突水,其涌水如江河决堤破坏性大,涌水量稳定。
5)可能发生的突水地点和突水量预测
可能发生的突水地点一是老窑积水处;二是过断层遇导水裂隙带。对于突水量预测目前矿井只预测了老窑积水量(详见表7-2-3),过层遇导水裂隙带的水量尚未了解,需要业主做进一步水文地质工作。井田属于基岩裂隙含水层矿床,富水性弱至中等,水文地质条件简单,水文地质勘探类型为以顶板直接进水裂隙充水矿床,不存在突水淹井的可能性。
7.2 矿井防治水措施的确定
7.2.1 矿井开拓开采所采取的安全保证措施。
1)矿井开拓工程位置及层位选择
(1)井筒位置的选择
威宁县锅泥沟煤矿设计生产能力为30万t /a ,主斜井工业场地选择在威宁县迤那镇炉堆子附近的平缓地带,场区自然地形坡度大部份在5~15%,场区基岩零星出露,工程地质条件较好;场区范围内无溶洞、淤泥、小煤窑采空区等不良工程地质,场地稳定。井口及工业场地位于地势较高的平缓坡地上,无洪涝之患。
矿井采用斜井开拓,将主斜井、副斜井、回风斜井工业场地选在威宁县迤那镇炉堆子附近的平缓地带上,由于工业场地位于炉堆子二级台阶地上,地势较高,一条常年性溪沟锅泥沟从矿井工业场地内穿过,在矿区北部与岔河、干沟河汇流,总体流向北东向。在工业场地场区修筑断面2.0m×2.0m 的排洪涵洞,挡土墙及边坡脚修筑断面0.4m×0.5m 的排水明沟,可满足工业场地防洪排涝要求,故洪水对工业场地无威胁。
主斜井、副斜井、回风斜井三个井筒的层位主要位于M5煤层底板岩石内,三条井筒相对较为安全。
(2)水平划分
全井田共划分为一个水平,六个采区,水平标高+1830.0m。水平上下资源/储量面积及服务年限基本相当。
矿井主要巷道布均处于岩层中,有利于矿井防水。
2)采掘工程所采取的防水措施
矿井的采掘工程除必须严格执行“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的措施,同时还必须坚持“有疑必停”,还应采取以下的措施:
(1)矿井应编制矿区水害防治规划,年度水害防治计划和水害应急预案,建立水害预测预报制度。
(2)矿井在雨季前必须进行水泵排水联合试运转,并编制联合试运转报告。
(3)严禁在各类防隔水煤(岩)柱中进行采掘活动。
(4)在矿井受水害威胁的区域,进行巷道掘进前,应当采用钻探、物探和化探等方法查清水文地质条件。地测机构应当提出水文地质情况分析报告,并提出水害防范措施,经矿井总工程师组织生产、安监和地测等有关单位审查批准后,方可进行施工。
(5)矿井工作面采煤前,应当采用物探、钻探、巷探和化探等方法查清工作面
内断层、陷落柱和含水层(体)富水性等情况。地测机构应当提出专门水文地质情况报告,经矿井总工程师组织生产、安监和地测等有关单位审查批准后,方可进行回采。发现断层、裂隙和陷落柱等构造充水的,应当采取注浆加固或者留设防隔水煤(岩)柱等安全措施。否则,不得回采。
(6)针对矿井浅部老窑较多的特点,矿井在生产过程中应定期收集、调查和核对废弃的老窑、采空区情况,并在井上、下对照图上标出其位置、开采范围、积水情况等。在此基础上,业主应采用物探等先进方法,查清采空区分布范围、积水情况,留设保安煤柱。每年雨季后,小窑、采空区的积水情况都在变化,一定要坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的水害防治原则。
(7)业主应当收集地勘钻孔的资料,对于封闭不良钻孔或质量可疑、有突水危险的钻孔,当采掘工作面接近钻孔在安全距离以外时,应按煤矿防治水规定打钻探水。对于浅部钻孔,宜采用在地面找准原孔位用钻机进行透孔。并参照行业标准重新封孔。对于没有封闭的个别深孔,由于穿过强含水层,用井下探放水或地面重新启封难度很大,应按照断层防水煤柱留设方法留设安全的隔水煤柱。
(8)留设采区及井田边界隔离防水煤柱。
(9)对断层及因采动影响而可能导水的断层留设断层防水煤柱。
(10)井下设排水泵房、水仓、水沟、排水管路等排水系统,并确保足够的排水能力。
(11)对巷道开拓及回采可能遇到的断层提前进行探放水,查明断层的水文地质要素,经技术经济比较采取留设断层防水煤柱、注浆堵水、疏放等措施。
(12)对于影响采掘的老空水采取探放的措施。
(13)对主要含水层建立地下水动态观察系统,进行地下水动态观测、水害预报,并制定相应的“探、防、堵、截、排”综合防治措施。
(14)配备足够的探放水设备及注浆堵水设备。
(15)主要巷道尽量布置在隔水层或弱含水层中。
(16)对矿井采掘所影响到的各含水层、断层、构造富水带,必须作出水文地质评价,进行提前预报,以便采取相应的防治水措施。
(17)本区内主要煤层(M5、M9)位于当地侵蚀基准面以下,井下巷道掘进应注意:
①凡掘进巷道顺层布置在最低侵蚀基准面以下的含水层(特别上强含水层)之中,
或穿层掘进含水层(特别上强含水层)时,必须采取“先探后掘,有掘必探”的防治水措施。
②要加强水文地质预测预报工作,提前预测和查清采掘工作面前方“断层、裂隙、陷落柱等构造导水性”的基本情况,以便提前采取针对性的防治水措施。
7.2.2 防治水煤(岩)柱的留设
在受水害威胁的地方,预留一定宽度和高度的煤层不采,使工作面和水体保持一定的距离,以防止地下水或其它水源溃入井下,必须留设防水煤(岩)柱。
1)防水煤(岩) 柱的种类
由于井田各含水层之间的垂直水力联系通道目前尚未掌握清楚,含水层的裂隙发育情况以及含水层的水力补给情况有待查明,含水层横向富水性及块段间的差异也不明,因此防水煤(岩)柱的留设尤为重要,设计防水煤(岩)柱主要有以下几种:
①煤层露头防水煤(岩)柱:
②地表水体防水煤(岩)柱;
③断层两侧防水煤(岩)柱;
④井田技术边界留设防水煤(岩)柱;
⑤水平或采区留设边界防水煤(岩)柱;
⑥采空区防隔水煤(岩)柱;
⑦其它类型防水煤柱。
根据矿井的实际情况,需留设以下防水煤(岩)柱:煤层露头防隔水煤(岩)柱、断层防水煤(岩)柱、井田边界、相邻水平、采区边界防水煤(岩)柱、采空区(老空区)防隔水煤(岩)柱、导水钻孔防隔水煤(岩)柱。
2)防水煤(岩)柱的留设原则
(1)在有突水威胁但又不宜疏放或注浆堵水(疏放会造成成本大大提高时)的地区采掘时,必须留设防水煤(岩)柱。
(2)防水煤柱一般不能再利用,故要在安全可靠的基础上把煤柱的宽度或高度降低到最低限度,以提高资源的利用率。
(3)留设防水煤(岩)柱必须与矿井的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合,还要与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素互相适应。
(4)一个井田或一个水文地质单元的防水煤(岩)柱应该在它的总体开采设计中确定,即开采方式和井巷布局必须与各种煤柱的留设相适应,否则,会给以后煤
柱的留设造成极大的困难,甚至无法留设。
(5)在多煤层地区,各煤层的防水煤(岩)柱必须同一考虑,以免某一煤层的开采破坏另一煤层的煤(岩) 柱,致使整个防水煤(岩)柱失效。
(6)在同一地点有两种或两种以上留设煤(岩)柱的条件时,所留设的煤(岩)柱必须满足各个留设煤(岩)柱的条件。
(7)对防水煤(岩)柱的维护要特别严格,因为煤(岩)柱的任何一处被破坏,必将造成整个煤(岩)柱无效。防水煤(岩)柱一经留设不得破坏,巷道必须穿过煤柱时,必须采取加固巷道、修建防水闸门和其它防水设施,保护煤(岩)柱的完整性。
(8)留设防水煤(岩)柱所需的数据必须在本地区取得。邻区或外地的数据只能参考,如果需要采用,应适当加大安全系数。
(9)防水岩柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不发育、含水性极弱的岩层,否则防水岩柱将无隔水作用。
3)防水煤(岩)柱的留设
(1)煤层露头防隔水煤(岩)柱
煤层露头防隔水煤(岩)柱的留设按以下公式留设,煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖时:
H f =H k + Hb ≮20m
式中:H f ——防水煤(岩)柱高度(m );
H k ——采后垮落带高度,m ;
H b ——保护层厚度,m ;
根据经验公式计算垮落带高度:
① H k =(2~3)×M =(2~3)3.65=7.3~10.95m
9. 69M ② H k ===16.52m ; (k -1) cos a (1. 6-1) cos 12
M ——煤层采厚;
k ——冒落岩石碎胀系数,根据相关资料取1.5;
α——煤层倾角;
H b =6M/n=6×3.65/8=2.73m ;
其中:M 为煤层累计采厚3.65m (本矿井开采3层煤,累计厚度为3.65m ),n 为分层数。H k 采用式②计算结果,则:
H f =H k + Hb =16.52+2.73≈19.25m 。
故,煤层露头防隔水煤(岩)柱垂直高度取20m 。
(2)河流防水(岩)煤柱
井田范围内无大的河流,在工业场地东部边界处有锅泥沟溪沟,通过矿井开拓系统图和工业场地布置图可知,该溪沟没有压煤,因此不需留设河流防水(岩)煤柱。
(3)断层两侧防水煤(岩)柱
井田范围内发育有:矿区东部的F2正断层、矿区北东部的F3断层、矿区西部边界处的F4断层、矿区南部的F5正断层,本次设计F2、F3、F4、F5断层是矿坑突水的重大因素,必须留设断层煤柱,按下述计算公式计算煤柱宽度:
L
=0.5KM 式中:L ——断层防水煤柱宽度(m );
M ——煤厚或采高,M3号煤层最大厚度为1.60m ,M5号煤层最大厚度为
1.90m ,M9号煤层最大厚度为1.40m ;
K P ——煤层的抗张强度(kgf/cm2),煤块60kgf/cm2,考虑裂隙、层理、
弱面等影响,K P 按煤块的10%,取6kgf/cm2。
P ——水头压力(kgf/cm2),P =50kgf/cm2;
K ——安全系数,一般取2~5,本设计取5。
则:M3号煤层开采时L =0.5×5×⨯50/6=20.0(m )
M5号煤层开采时L =0.5×5×1.90×3⨯50/6=23.75(m )
M9号煤层开采时L =0.5×5×1.4×3⨯50/6=17.5(m )
根据本矿井煤层厚度的实际情况,由于M3、M9号煤层计算的保护煤柱宽度小于20m ,M5号煤层计算的保护煤柱宽度为20m ,因此在开采M3、M5、M9号煤层时,断层F2、F3、F4、F5两侧煤层各留25m 防水煤柱。
(4)井田边界、相邻水平、采区边界防水煤(岩)柱的留设
本矿水文地质条件类型为简单,井田边界、相邻水平、采区边界防水煤(岩)柱可按下述公式计算隔离煤柱宽度:
L =0.5KM P /K P ≮20m
式中:L ——顺层防水煤柱宽度(m );
M ——煤厚或采高(m ),取煤厚最大值,M =1.9m ;
K P ——煤的抗张强度(kgf/cm2),K P =10kgf/cm2;
P ——水头压力(kgf/cm2),P =50kgf/cm2;
K ——安全系数,一般取2~5,本设计取4。
则:L =0.5×4×1.9×3⨯50/10=14.72(m )
根据威宁县其它井田生产矿井的实践经验,井田边界煤柱定为40m ,相邻水平、采区边界煤柱定为20m 。
(5)防老窑积水区、采空区隔水煤柱的留设
①巷道在采空区积水区下掘进时,巷道与水体之间的最小距离,不得小于巷道高度的10倍,即10×4.5=45m,取45m ;
②矿井在采空区积水区下同一煤层中进行开采时,若采空区积水区的界线已基本查明,则用下述公式计算隔离煤柱宽度:
L =0.5KM P /K P
式中:L ——顺层防水煤柱宽度(m );
M ——煤厚或采高(m ),取煤厚最大值,M =1.9m ;
K P ——煤的抗张强度(kgf/cm2),K P =10kgf/cm2;
P ——水头压力(kgf/cm2),P =50kgf/cm2
K ——安全系数,一般取2~5,本设计取4。
则:L =0.5×4×1.9×3⨯50/10=14.72(m )
经计算并结合实际情况确定和煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范,矿井在采空区积水区下同一煤层中进行开采时,若采空区积水区的界线已基本查明,则在采空区积水区外留设20m 隔离煤柱。
矿区内小窑较多,分布于地表浅部,多为平硐,延伸10m ~50m ,只有少量积水,对未来矿坑充水影响较小。老窑被废弃或查封,在实测过程中,存在井下巷道垮塌无法进行测量的情况,建议业方加强调查,摸清小煤矿和老窑的开采范围、开采深度及积水情况,采取切实可行的安全措施后才可以布置工作面回采。
本矿井开采煤层为3层,分别为M3、M5、M9煤层,煤层间距较大,通过上述三种情况留设防水煤柱后,对下部煤层掘进及开采影响较小。
(6)导水钻孔防隔水煤(岩)柱
导水钻孔需留设隔水煤柱,按下列方法留设防水煤柱。
L=0.5KMP /K P ≮20m
式中:L ——防水煤柱宽度(m);
M ——煤层厚度或采高(m),M =1.9m;
K P ——煤的抗张强度(kgf/cm2),K P 取10kgf/cm2;
P ——水头压力(kgf/cm2),P =50kgf/cm2;
K ——安全系数,一般取2~5,本设计取4。
则:L=0.5×4× 50/10=14.72m)
导水钻孔防隔水煤(岩)柱留设20m 煤柱。
建议有条件时启封钻孔,准确掌握封孔质量,做到有的放失,提高资源回收率,不浪费资源。
严禁在各类防隔水煤(岩)柱中进行采掘活动。
各种煤(岩)柱尺寸见表7-2-1。
7.2.3 区域、局部探放水措施及设备
1)探放水原则
矿井应当配备满足工作需要的防治水专业技术人员,配齐专用探放水设备,建立专门的探放水作业队伍。
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,采取防、
堵、疏、排、截的综合治理措施。同时还必须坚持“有疑必停”:
(1)接近水淹或者可能积水的井巷、老空或者相邻煤矿;
(2)接近含水层、导水断层、暗河、溶洞和导水陷落柱;
(3)打开防隔水煤(岩)柱进行放水前;
(4)接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带;
(5)接近有出水可能的钻孔;
(6)接近水文地质条件复杂的区域;
(7)采掘破坏影响范围内有承压含水层或者含水构造、煤层与含水层间的防隔水煤(岩)柱厚度不清楚可能发生突水;
(8)接近有积水的灌浆区;
(9)接近其他可能突水的地区。
探水前,应当确定探水线并绘制在采掘工程平面图上。
总之,矿井必须作好水害分析预报,坚持“预测预报,有掘必探,先探后掘,先治后采”的探放水原则。采取“防、堵、疏、排、截”的综合治理措施。在探水前,必须编制探放水设计。在探水前,必须编制探放水设计。
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 。
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 。
对没有图纸资料可查的老窑,根据已了解到的小窑开采最低水平,作为预测的可疑区,探水线至推断的积水区边界的最小距离不得小于100m 。
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2 MPa 时应按每增加0.1MPa 增加0.5~1m 。
(2)警戒线
沿探水线外推50~150m 为警戒线。
(3)探放水钻孔布置
布置探放水钻孔应当遵循下列规定:
①探放老空水、陷落柱水和钻孔水时,探水钻孔成组布设,并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距3m 为准,厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5m ;
②探放断裂构造水和岩溶水等时,探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置。底板方向的钻孔不得少于2个;
③煤层内,原则上禁止探放水压高于1MPa 的充水断层水、含水层水及陷落柱水等。如确实需要的,可以先建筑防水闸墙,并在闸墙外向内探放水;
④上山探水时,一般进行双巷掘进,其中一条超前探水和汇水,另一条用来安全撤人。双巷间每隔30-50m 掘1个联络巷,并设挡水墙。
⑤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=0.5AL P /K P
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4.5 m;
K P ——煤的抗张强度(kgf/cm2),K P 取10kgf/cm2;
P ——水头压力(kgf/cm2),P =50kgf/cm2;
则:α=0.5×4× 50/10=34.86(m )
因此,超前距为35m 。
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40m 。
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 。
⑥钻孔长度:根据以上计算,考虑矿井正常生产的需要,钻孔长度一般为70m ,其中,超前距40m ,允许掘进距离为30m 。
⑦钻孔布置与孔数
探放老空水钻孔,按巷道的设计方向在其水平面和竖直面内呈扇形布置;钻孔成组布设。对于平巷一般布置3组钻孔,每组1~2个钻孔;对于上山巷道一般布置5组,每组不少于3个钻孔。
探放老空积水的超前钻距,根据水压、煤(岩)层厚度和强度及安全措施等情况
确定,但最小水平钻距不得小于30m ,止水套管长度不得小于10m ;
沿岩层探放含水层、断层和陷落柱等含水体时,按表7-2-2确定探水钻孔超前距离和止水套管长度。
表7-2-2 探水钻孔超前距离和止水套管长度表
a 、竖直扇形面内钻孔间的终孔垂距不得超过1.5m 。
b 、水平扇形面内各组钻孔间的终孔水平距离不得大于3m 。
c 、探水钻孔的最小超前距或帮距不得小于20m 。
d 、一般倾斜煤层平巷的探放水孔,呈半扇面形布置在巷道正前和上帮。
e 、倾斜煤层上山巷道探放水孔,呈扇面形布置在巷道的前方。
f 、探放断层水及底板岩溶水的钻孔,必须沿掘进方向的前方及下方布置;底板方向的钻孔不得少于2个。
g 、从既探、排有效,又能防止冲垮煤壁和放水过大的原则出发,孔径不大于70mm ,终孔孔径不大于58mm 。
探放水钻孔布置见图7-2-1、图7-2-2。
薄煤层
平巷钻孔布置中厚煤层上山钻孔布置
图6-2-2 探水钻孔布置断面图
图7-2-1探水钻孔布置断面图
平巷钻孔布置 上山钻孔布置
图7-2-2 探水钻孔布置方式图
3)探放水注意事项
(1)安装钻机探水前,要遵守下列规定:
①加强钻孔附近的巷道支护,并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板;
②清理巷道,挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时,配备与探放水量相适应的排水设备;
③在打钻地点或其附近安设专用电话;
④依据设计,确定主要探水孔位置时,由测量人员进行标定。负责探放水工作的人员亲临现场,共同确定钻孔的方位、倾角、深度和钻孔数量;
⑤在预计水压大于0.1 MPa的地点探水时,预先固结套管。套管口安装闸阀,套管深度在探放水设计中规定。预先开掘安全躲避硐,制定包括撤人的避灾路线等安全措施,并使每个作业人员了解和掌握;
⑥钻孔内水压大于1.5 MPa时,采用反压和有防喷装置的方法钻进,并制定防止孔口管和煤(岩)壁突然鼓出的措施。
(2)探水钻孔超前距离和止水套管长度,应当符合下列规定:
①探放老空积水的超前钻距,根据水压、煤(岩)层厚度和强度及安全措施等情况确定,但最小水平钻距不得小于30 m,止水套管长度不得小于10 m;
②沿岩层探放含水层、断层和陷落柱等含水体时,按表表7-2-2确定探水钻孔超前距离和止水套管长度。
表7-2-2 岩层中探水钻孔超前钻距和止水套管长度
(3)预计水压较大的地区,探水钻进之前,必须安好孔口管和控制闸阀,进行耐压试验,达到设计承受的水压后,方可继续钻进。特别危险的地区,应有躲避场所,并规定避灾路线。
(4)钻孔水压过大时,采用反压和有防喷装置的方法钻进,并有防止孔口管和煤(岩)避突然鼓出的措施。
(5)钻进时,发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大,以及有顶钻等异常状况时,必须停止钻进,但不得拔出钻杆,现场负责人应立即向调度室报告,并派人监测水情。如果发现情况危急时,必须立即撤出所有受水威胁的人员,然后采取措施,进行处理。
(6)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。老空积水高于探放水点位置时,只准用钻机探放水。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它有害气体涌出时,必须有瓦斯检查员或矿山救护队员在现场值班,检查空气成分。如果瓦斯或其它有害气体浓度超过规程规定时,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。
(7)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。
(8)排除下山的积水以及恢复被淹井巷前,必须有矿山救护队检查水面上的空气成分,发现有害气体,必须及时处理。排水过程中,有害气体有突然涌出的可能,必须制定安全措施。
(9)进行探放水施工作业前,矿技术负责人必须结合探放水巷道的实际,另行编制安全技术措施,明确探放水作业人员一旦面临突水危胁时的避灾路线;
(10)掘进探放水施工作业前,必须提前撤出可能受探水作业地点突水威胁的
其它采掘工作面和其它工作地点的所有人员。
5)探放水设备选择
(1)探放水设备选择依据
所配备的探放水设备必须能用于井下探水、放水,必须有防爆及获得煤安标志。其选择的主要依据是钻孔直径及深度,所需钻取的围岩力学性质等。
(2)井下探放水设备型号及数量
本设计选择的井下钻探设备为MAZ -200型全钻机5台,电压660V ,本矿井共有一个回采工作面、两个掘进工作面,共配备5台钻机(三台工作,二台备用)。配备金刚石复合片(PDC )钻头,其主要技术参数:
钻孔深度(m ):200;
钻杆直径(mm ):90;
钻孔倾角(º):0~360;
回转速度(r/min):112~340;
功率(kW ):22;
6)水灾避灾路线
(1)水灾避灾路线设置原则
井下发生透水事故时,首先应向井下最高位置撤退,或撤退到涌水地点上部水平,避免进入涌水附近的独头巷道。若是老塘老空积水涌出,则须在待避前快速构筑避难硐室,以防被涌出的有毒有害气体伤害。有条件时,应迅速通知地面调度室告知事故类型、预定撤退路线、可能的避难地点等,以便地面迅速组织有效营救。
(2)水灾避灾路线
①110501工作面发生透水事故时,避灾路线为:
110501回采工作面→110501回风顺槽→11进风石门→11上车场→副斜井→地面或110501回采工作面→110501回风顺槽→11回风石门→回风斜井→安全出口→地面。
②110901运输顺槽掘进工作面发生透水事故时,人员避灾线路为: 110901运输顺槽掘进工作面→11轨道石门→11上车场→副斜井→地面或110901运输顺槽掘进工作面→11运输石门→主斜井→地面。
③ 110901回风顺槽掘进工作面发生透水事故时,人员避灾线路为:110901回风顺槽掘进工作面→11进风石门→副斜井→地面。
矿井井下避灾线路图,详见附图AZ1129-170-1。
(3)避灾措施
①煤矿企业、矿井应当根据本单位的主要水害类型和可能发生的水害事故,制定水害应急预案和现场处置方案。应急预案内容应当具有针对性、科学性和可操作性。处置方案应当包括发生不可预见性水害事故时,人员安全撤离的具体措施,每年都应当对应急预案修订完善并进行1次救灾演练。
②矿井管理人员和调度室人员应当熟悉水害应急预案和现场处置方案。 ③矿井应当设置安全出口,规定避水灾路线,设置贴有反光膜的清晰路标,并让全体职工熟知,以便一旦突水,能够安全撤离,避免意外伤亡事故。
④矿井应当将防范暴雨洪水引发煤矿事故灾难的情况纳入《事故应急救援预案》和《灾害预防处理计划》中,落实防范暴雨洪水所需的物资、设备和资金,建立专业抢险救灾队伍,或者与专业抢险救灾队伍签订协议。
⑤矿井应当加强与各级抢险救灾机构的联系,掌握抢救技术装备情况,一旦发生水害事故,立即启动相应的应急预案,争取社会救援,实施事故抢救。
7.2.4 疏水降压
疏水降压是指煤层顶板或煤层含水层的疏干,以及煤层底板含水层的降压,使底板含水层水压降低至采煤安全时的水压。
《煤矿防治水规定》第72条规定,煤层(组)顶板导水裂隙带范围内分布有富含水层应当必须进行疏干开采。同时第73条规定被松散富水性强的含水层覆盖且浅埋的缓倾斜煤层,需要疏干开采时,应当进行专门水文地质勘探或者补充勘探,以查明水文地质条件,并根据勘探评价成果确定疏干地段、制定疏干方案,经煤矿企业总工程师审批同意后执行;
《煤矿防治水规定》第77条规定,当承压含水层与开采煤层之间的隔水层能够承受的水头值大于实际水头值时,开采后,隔水层不容易被破坏,煤层底板水突然涌出可能性小,可以进行带压开采,但应当制定安全措施,由煤矿企业总工程师审批。第78条规定,当承压含水层与开采煤层之间的隔水层能够承受的水头值小于实际水头值时,开采前应当遵守下列规定:
①采取疏水降压的方法,把承压含水层的水头值降到隔水层能允许的安全水头值以下,并制定安全措施,由煤矿企业总工程师批准。总结适合本矿区(井)的安全水头值,指导安全生产。矿井排水考虑与矿区供水、生态环境保护相结合,推广应用矿井排水、供水、生态环保三位一体优化结合的管理模式和方法;
②承压含水层的集中补给边界已经基本查清情况下,可以预先进行帷幕注浆,截断水源,然后疏水降压开采;
③当承压含水层的补给水源充沛,不具备疏水降压和帷幕注浆的条件时,可以酌情采用局部注浆加固底板隔水层和改造含水层为弱含水层的方法,但应当编制专门的设计,在有充分防范措施的条件下进行试采,并制定专门的防止淹井措施,由煤矿企业总工程师批准。
根据本矿井的水文地质条件,煤系顶底板无强含水层,不存在承压含水层,亦不存在强含水层突水的可能,无需采用疏水降压措施。
若确实需要,则另行设计。疏水降压设计包括: (1)疏水降压地点、方法和降低水头值的确定;
(2)疏水降压设备选择(疏水降压设备选择依据、疏水降压设备台数及型号以及管路趟数选型)。
根据目前掌握的地质资料来看,可采煤层开采顶板基本无承压的强含水层,因此本次设计暂不采用疏水降压措施。
7.2.5 防水闸门
根据《煤矿安全规程》第二百七十三条的规定,水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井,必须在井底车场周围设置防水闸门。该矿水文地质条件属简单类型(由四川省地质矿产勘察开发局二0二地质队2010年5月提供的《贵州省威宁县锅泥沟煤矿水文地质调查报告》提供)。本设计不考虑在井底车场周围设置防水闸门。本矿井井口标高+1951.5m,第一水平标高+1830,高差121.5m ,水压小于5MPa ,最大开采深度301.5m ,从现有资料分析,矿井不存在淹井可能。因此,本设计不考虑设置防水闸门。
在建井过程中或今后生产中,如该矿水文地质条件发生变化,若水文地质条件复杂,则必须在井底车场周围及有突水危险的采掘区域附近设置防水闸门,且防水闸门由具有相应资质的单位进行设计。
7.2.6 井下排水
本矿井在井底车场(+1830m水平)建主排水硐室排水,排水管道经副斜井将井下涌水直接排至地面井下水处理站。
1)设计依据
(1)正常涌水量:Q 正=100m3/h(考虑了井下消防洒水需排水量);;
(2)最大涌水量:Q 大=300m3/h(考虑了井下消防洒水需排水量); (3)排水高度:排水垂高:121.5+5=126.5m; 2)排水管路系统
(1)排水管d=(4⨯225÷1000=190.19(mm),取DN=200mm,(3. 14⨯2. 2⨯3600)) ×选用Ф219×6无缝钢管,排水流速V =1.90m/s,设置二趟排水管路,排水管路敷设于副斜井;
(2)排水管路壁厚校验:
⎧⎫(159. 1⨯9. 8⨯1000÷106) ⨯(219÷10)
⎪⎪+
⎪⎪⎪2. 3⨯(80⨯1-6. 4) +(159. 1⨯9. 8⨯1000÷10) ⎪
δ=⎨⎬⨯10
6⎡⎤⎪⎪(159. 1⨯9. 8⨯1000÷10) ⨯(219÷10)
⎢⎥0. 15⨯+1⎪⎪6⎢⎥⎪⎣2. 3⨯(80⨯1-6. 4) +(159. 1⨯9. 8⨯1000÷10) ⎦⎪⎩⎭
=3. 65
即排水管路壁厚符合安全要求。 (3)井下排水系统图见图图7-2-5。 3)水泵选型
(1)正常和最大涌水量时,须工作水泵的最小排水能力: Q 正=100×1.2=120m3/h,Q 大=300×1.2=360m3/h;
(2)选用MD200-40×4(P ) 自平衡型水泵(1480rpm )三台。正常涌水量时:一台泵工作,一台泵备用,一台泵检修;最大涌水量时:二台泵工作,一台泵检修。采用无底阀排水;
(3)水泵工况点参数
未淤时工况点:流量Q 未淤=225m3/h,扬程H 未淤=151.4m ,效率η未淤=0.75,流速V 未淤=1.99m/s,水泵每天工作时间10.67h <20h ;
淤积时工况点:流量Q 淤积=203m3/h,扬程H 淤积=159.1m ,效率η淤积=0.76,流速V 淤积=1.79m/s,水泵每天工作时间17.73h <20h ;
(4)水泵的充水、启动与调节
水泵的充水采用气水两用泵总成,以压缩空气或井下消防洒水为动力形成泵腔负压,从吸水管吸水为水泵充水;水泵启动采用矿用防爆型真空磁力启动器直接启动水泵,启动器置于泵房变电所内,在泵内设置防爆控制安钮也可以通过控制安钮远程控制。每台水泵都与两台排水管路连通,通过闸阀调节,可是实现每一台水泵都可以作
为工作备用检修水泵,也可以实现每一台水泵都可以通过两趟排水管路的任意一趟排水。
(5)计算水泵所需功率(最大新管)与电机选择: 未淤时所需功率:
P =1.1×225×151.4×1050÷(3600×102×0.75×0.98)=145.78kW 淤积时所需功率:
P =1.1×203×159.1×1050÷(3600×102×0.76×0.98)=136.40kW 选配YB315L1-4(160kW ,660V )型防爆电动机三台。 (6)水泵排水能力校验
排矿井最大涌水,管路未淤时工况点时,水泵每天工作时间13.94h <20h ;排水管路淤积时,水泵每天工作时间12.17h <20h 。排水水泵能力满足要求。
(7)排水设备安全防护
水泵连轴器等旋转部分设置防护挡板,避免人员接触伤害。 (8)排水水泵性能及工况点图见图7-2-6。
4)排水设备及设施选型合理性和运行安全、稳定性分析
矿井水含有大量泥沙等杂质,选用耐磨型水泵可有效减少泥沙等杂质对泵体的快速破坏,使排水系统的寿命延长。矿井正常涌水或最大涌水时都不会出现水泵的并联运行,保证了水泵不管是在前期或者后期运行效率都较高,达到节约电能要求。
选用离心水泵,水泵的电机置于水泵房内,消除了潜水泵漏电的危险;水泵的开启与关闭用置于泵房内的控制按钮控制,避免了人员直接操作水泵电机启动器触电的危险。水泵连轴器等旋转部分设置防护挡板,避免人员接触伤害。
矿井正常或最大涌水时,都有防止水泵故障的检修水泵,避免了水泵发生故障时,排水系统不能稳定运行的现象。采用双回路为泵房变电所供电,保证了水泵运行的连续稳定。
5)水泵房布置及水仓容量
在井下+1830.0m设置井底水仓及水泵房,主要水仓包括主仓和副仓,主仓和副仓由两条独立的互不渗漏的巷道组成,当一个水仓清理时,另一个水仓应能正常使用,按《煤矿安全规程》规定,水仓的有效容量能容纳8h 矿井正常涌水量,计算水仓有效容量为V=8Q正常=8×100=800m3,水仓有效长度为L=V/S=800/8.0=100m,考虑水仓装满系数为0.7,主、副水仓总长度为300m 。根据巷道围岩情况,水仓采用砼碹支护,掘进断面积7.0m 2,净断面积6.3m 2。主水仓长度为180m ,副水仓长度为120m ,有
效容量1500m 3,满足《安全规程》中第280条的规定。
水仓进口处应设置蓖子,并对其中的淤泥及时清理,每年雨季前必须清理一次,水仓的空容量必须经常保持在总容量的50%以上。
泵房内安设三台排水泵,正常涌水量情况下,一台工作,最大涌水量情况下,两台工作,一台检修。
在建设之前,应根据矿井实际建设中,实测选取涌水量的大小,并根据实际涌水量对设计作进一步的补充修改。
泵房内配水井上方必须安设盖板,以防止工作人员跌入井内。 6)水沟
井下巷道水沟采用混凝土砌筑,水沟净断面根据流水量和巷道坡度经计算选取,主斜井、副斜井、回风斜井的排水沟为200×200mm ,井底车场的排水沟为450×400mm ;其它巷道的的排水沟为200×200mm 。
7)安全出口设施
水泵房(标高+1830.0m)布置在副斜井井底附近,井底水仓水泵房布置有二个出口,一个与井底车场巷道连接,一个与管子道(标高为+1837.5m,比泵房高7.5m )连接,泵房和水仓的连接通道设置配水阀。
并且井下中央变电所和水泵房的地面标高应分别比井底车场连接处的底板标高高0.5m 。
根据《煤矿安全规程》第18条、第50条规定,每个矿井、每个采区、每个工作面必须至少有2条便于行人的安全出口。该矿井设有独立的主斜井、副斜井和回风斜井,直接通往地面,当井下发生突水事故时,井下人员可以经主斜井、副斜井或回风斜井到达地面,详见井下避灾路线图AZ1149-170-1。
7.2.7 地表水防治 1)地表水防治设计依据
(1)防洪标准及防洪坝墙设计要求
根据《煤炭工业矿井设计规范》有关规定,工业场地防洪标准按百年一遇考虑,三百年一遇校核,并结合工业场地地形、地貌,矿井开拓布置和场地土石方平衡情况,将井口及工业场地标高定为+1951.50m以上。为避免场区受山洪及河流水威胁,需在场区内修筑一条断面为2.0m×2.0m 排洪涵洞,靠山一侧修筑0.5m×0.6m 截水沟,将山洪直接排入溪沟下游。
因井口和工业场地位于山腰半坡,周边又没有河流,只有一条季节性的小溪沟,没有小溪沟最大洪水位标高,但井口和工业场地的标高为+1951.5m,季节性的小溪沟沟底标高为1926m ,相差25.5m ,洪水不会对井口和工业场地构成威胁,满足防洪要求。但矿井在今后的建设生产中,应有防止超过百年一遇的洪水淹井的应急措施,遇到连续特大暴雨灾害天气,矿井应当停止生产活动。
根据《煤矿防治水规定》第48条规定,矿井应当安排专人负责对本井田范围内可能波及的周边废弃老窑、地面塌陷坑、采动裂隙以及可能影响矿井安全生产的水库、湖泊、河流、涵闸、堤防工程等重点部位进行巡视检查。当接到暴雨灾害预警信息和警报后,应当实施24 h 不间断巡查。在矿区每次降大到暴雨的前后,应当派专业人员及时观测矿井涌水量变化情况。
根据《煤矿防治水规定》第49条规定,矿井应当建立暴雨洪水可能引发淹井等事故灾害紧急情况下及时撤出井下人员的制度,明确启动标准、指挥部门、联络人员、撤人程序等。当发现暴雨洪水灾害严重可能引发淹井时,应当立即撤出作业人员到安全地点。经确认隐患完全消除后,方可恢复生产。
(2)地形、水系及汇水面积
锅泥沟煤矿区位于云贵高原南部,南北向龙街向斜南西扬起与北东向构造之交汇部位,属构造~剥蚀低中山地貌,山脉走向与构造形迹近于一致。地层走向北西~南东,倾向南西。最高点位于南西端雷达站标高+2493.6m,最低点为北东端的岔河+1890m,相对高差603.6m ,属浅切割的中山区。
矿区主要地表水为锅泥沟,属常年性地表何溪。由上游小溪沟及岩溶泉水补给,水量随季节性变化大。由南向北流入岔河流出区外。锅泥沟上游流量146L/S(12614m3/d),下游流量350L/S(30240m3/d),岔河流量420L/S(34733m3/d)。
井田内有一些冲沟,冲沟流量变化幅度较大,雨季暴涨,枯季流量较小,井田地形有利于地表水的排泄,大气降水通过沟谷直接向季节性溪流排泄,主要受大气降水的控制。
(3)开采塌陷、裂隙对地表水系和降雨渗漏的影响
根据现场调查,老窑主要开采浅部煤,开采强度小,老窑突水对矿井开采将造成影响,在采空区影响范围内还将诱发地表裂缝、地面塌陷、崩塌、滑坡等灾害,大气降水将渗入井下,形成水患。因此除留保安煤柱外,在矿井后期生产中,对采煤可能引起的裂缝应及时用土石进行填平夯实,应对地质环境变化加以监测和防护工作。对
地表沉陷形成的塌陷坑,要尽量整平,回填造地,易产生滑坡的地方应提前修筑挡土墙,打挡滑桩或削坡减载等,另外,平时应经常有巡视人员,发现问题及时处理。
2)地表水防治
矿井范围内无大的河流,洪水对工业场地无威胁,不需修筑大的防洪工程即可满足矿井的防洪要求。
为满足场地雨水排水,场地雨水采用分区多出口、明沟加盖板为主的排水系统,沿场区边缘及内侧修筑0.5m×0.6m 排水沟,沿挡土墙、边坡脚、公路修筑0.5m×0.6m 排水沟,雨水汇集排入溪沟下游。
3)地表水防治工程及装备 (1)工业场地防洪措施
工业场地位于炉堆子二级台阶地上,地势较高,一条常年性溪沟锅泥沟从矿井工业场地内穿过,在矿区北部与岔河、干沟河汇流,总体流向北北东向。只需在工业场地场区修筑断面2.0m×2.0m 的排洪涵洞,挡土墙及边坡脚修筑断面0.4m×0.5m 的排水明沟,即可满足防洪排涝要求。
(2)其它地表水防治措施
首先是煤层露头风氧化带煤柱应留设足够,开采时应注意减小对其的采动影响。以防地表水直接由露头裂隙浸入。
其次,对于已与地表联通了的裂隙,应及时查明,并采取一定的堵漏措施(如灌浆等)进行封闭,防止地表水直接由裂隙浸入。
再则就是要对所开采煤体上方的冲沟,必须采取一定的措施,尽量避开在雨季开采。
7.2.8 小窑、老窑水防治
1)小窑、老窑分布范围、积水情况
根据四川省地质矿产勘察开发局二0二地质队2010年5月提供的《贵州省威宁县锅泥沟煤矿水文地质调查报告》,区内老窑开采历史悠久,水文地质调查报告共调查老窑30个,大多是利用冬春农闲时自采自用。分布在M5、M9煤层露头部位,由于受水、通风等限制,一般开采巷道不长,个别点可达300m 。一般开采垂深30~50m 。部分老窑巷道有积水。多为“独眼井”,矿灯照明,由于井口垮塌、排水及通风困难等原因,现已全封闭。由于老窑长期废弃且积水,因此,在采掘过程中,必须严格遵循“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则,采取防、堵、疏、排、截的
综合治理措施。防止老窑积水对本矿的影响。老空积水估算详见老空积水量估算统计表7-2-3。
表7-2-3 老空积水量估算统计表
2)防治老窑积水区域的技术途径和安全技术措施 (1)为了防止老窑积水渗入矿坑,留足隔水安全煤柱。
(2)在开采煤矿时,要预防采空区积水及地表水下渗的透水事故,必须加强采空区积水情况调查,并将老空区范围绘制在采掘工程平面图上,以指导矿井生产。
(3)矿井在开采前须采取有效的防治措施,避免矿井突水事故。必须做到“预测预报、有疑必探,先探后掘、先治后采”,并留设足够的安全煤柱,并对可能的突水区域采取相应的预防措施,防止突水,确保矿井安全生产。