矿井沙坡煤矿探放水设计_煤矿探放水专项设计
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福泉市龙昌镇沙坡煤矿
探 放 水 设 计
矿 长：邱 洪 根 总 工：熊 智 杰 编 制：熊 智 杰
二O一三年六月二十四日
一、矿井水文安全条件分析
1、区域水文地质条件
矿区地处贵州高原中部，以侵蚀和溶蚀成因的中山、低中山地貌为主，地形切割不大。最大相对高差在243.4m左右。
矿区在大地构造单元上属扬子准地台黔北台隆的遵义断拱的贵阳复杂构造变形区和黔南台陷的贵定南北向构造变形区两个四级构造单元的交接地带。其构造形迹主要表现近南北向区域展布特征，属区域上的黄丝背斜中北部，矿区岩层走向为北北东—北东向，倾向南东—南东东，倾角为平缓－中等倾斜，倾角13～31°之间不等，矿区内断层不发育，主要表现为简单的单斜构造。
区域构造形迹复杂，近南北向褶皱、断裂构成区域上的主体构造格架，区域地貌主要由两大地貌单元组成，其一为岩溶岭脊斜坡区，由碳酸盐岩脊斜及斜坡组成，其上发育溶洞、落水洞、负地形、溶沟及地下暗河等岩溶地貌特征；其二为岩溶沟谷区，由碳酸盐岩溶蚀沟谷组成，为地表水系河流，沟谷两侧主要为陡坡、陡崖等岩溶地貌，沿其两侧分布的较多的岩溶泉点，往往构成区域性和地方性的最低侵蚀基准面。
矿区属于长江水系清水江支流重安江上游后河发源地，龙昌小溪河从矿区外围东侧流向南部，龙昌小溪河沿矿区东
部分布，主体部分在矿区东侧由北向南径流，海拔标高1035.5~1000.0 m。最低排泄面标高为1000.0 m，并构成矿区内水系的最低排泄面。矿区内主要为龙昌小溪河流和季节性冲沟，大气降水沿冲沟向龙昌小溪河排泄。
2、主要含（隔）水层
矿区可采煤层产于二叠系吴家坪组第一段含煤岩系，含可采煤层一层，厚1.28－2.23m，浅部煤层平均厚1.66m，深部煤层平均厚1.76m，严格受层位控制，呈层状产出，主要由变质程度不高的烟煤组成，见星散状黄铁矿，偶见结核状黄铁矿，横向延伸较为稳定，变化不大，岩层与煤层产状一致，属沉积型矿床。未来矿井充水主要含水层P3w4灰岩。
二叠系上统茅口组（P2 m）为灰至深灰色中厚层泥晶—亮晶灰岩、生物屑灰岩、砂屑灰岩，灰岩厚大于100m。出露面积0.127km2，野外调查泉点2个，最大流量0.6311L/s，最小流量0.584L/s，平均流量0.608L/s，为碳酸盐岩类岩水，富水性强。
二叠系上统吴家坪组第二、四段（P3 w2、P3 w 4）为灰至深灰色薄至于中厚层泥晶灰岩，灰岩中含较多不规则燧石团块和条带，厚约111-262m。出露面积0.6178km2，野外调查泉点2个，最大流量0.836L/s，最小流量0.7841L/s，平均流量0.810L/s，野外调查沙坡煤矿开采巷道丰水期在920m 开采标高涌水量在 1.955-2.0121L/s
（168.91-173.84m3/d），在881m开采标高涌水量在 4.368L/s（377.40m3/d）。
第四系（Q），透水不含水岩组。岩性为耕植土及褐黄色粘土、亚粘土、亚砂土，转石及砂、砾石等，厚0～5m。零星分布于矿区相对低洼地带，矿界内出露面积约0.2789km2，厚度0～15m透水性强，含水较弱，无大的水文地质意义。野外调查泉点1个，流量0.134L/s。
从地表泉点到民采老硐的地下水流量表明，随着深度的增加和标高的降低，地下水流量则逐渐增大。为碳酸盐岩类岩溶水，富水性强。该组岩性为矿区煤层的顶板，是矿井充水主要含水层。
三叠系大冶组（T1 d）和安顺组（T1 a）
第二段（T1d2）：为灰色薄层泥晶灰岩时夹薄至中层泥晶灰岩和同色簿板泥晶灰岩，岩石中发育生物挠动构造，且簿板状泥晶灰岩岩层褶皱较强烈。安顺组（T1 a）主要为细晶白云岩。野外调查未发现有泉点出露，出露面积1.4722km2，为碳酸盐岩类岩溶水，富水性中—强。
从煤层柱状图中可看出：煤层距离顶板含水层（P3W）距离为16.68m，距离底板含水层距离（P2m）41.24m。
3、邻近矿井和小窑积水情况以及废弃的矿井、小窑老塘积水情况
矿区内采煤历史悠久，废弃老窑、采空区有积水，老窑
采空区冒落带会造成地表开裂、塌陷，致使地表水及降雨由裂隙渗入老窑蓄积。因此，开采开采过程中必须预防老窑突水。
4、地表水体、断层、裂隙、陷落柱等地质构造的导水性
地表水体：矿区属于长江水系清水江支流重安江上游后河发源地，龙昌小溪河从矿区外围东侧流向南部，龙昌小溪河沿矿区东部分布，主体部分在矿区东侧由北向南径流，海拔标高1035.5~1000.0 m。最低排泄面标高为1000.0 m，并构成矿区内水系的最低排泄面。矿区内主要为龙昌小溪河流和季节性冲沟，随着煤层的开采，采空区、地表裂缝会大量出现，地表水就会沿裂缝进入井下，给矿井的生产带来一定的威胁。大气降水一部分以渗透和喀斯特岩溶漏斗补给地下水，一部分沿冲沟向龙昌小溪河排泄，对开采煤层影响不大。
构造：矿区内出露地层由新至老主要有第四系（Q）、三叠系下统大冶组(T1d)、吴家坪组(P3w)，矿区位于区域上黄丝背斜中北部偏东翼，矿区地层为单斜岩层，倾向北东东，岩层走向北北西，倾角中等倾斜，倾角23－31°不等。只见小型断裂，对开采煤层影响很小，构造复杂程度简单。总体而言矿区内的构造相对较简单，为一向东倾斜的单斜构造。
未来矿床开采中，人工采矿裂隙大量出现，改变了断层带附近应力场和地下水的天然流场，地表水、地下水就有可
能沿断裂带流入矿井。
5、充水水源
1．大气降水：大气降水是矿井充水的间接水源之一。大气降雨至地面后，一部分以渗透和喀斯特岩溶漏斗补给地下水，一部分形成经地表径流汇入其冲沟中，并向外部河流排泄，一小部分则以蒸发的形式直接上升至大气层，对采矿有影响的则是补给主要含水层的那一部分大气降雨（在流水不畅地带，地表水淤集，并沿节理裂隙向下渗透补给含水层或进入坑道）。
2．地表水：矿界东北部边上有龙昌河及小溪流过，与煤层有相对隔水层，对开采浅部煤层影响不大。当开采深部煤层（当地侵蚀基准面1000m之下）时，如有构造和溶蚀管道与之贯通时，则对深部开采影响较大。
3．老窑水：分布于矿区煤层露头附近的老硐和矿山开采巷道，本次工作时对老硐和矿山开采巷道调查，已形成了一定规模的采空区，而这些采空区有一定数量的积水，且具有较大的突发性，采矿坑道接近这些老矿井附近时一定要引起高度重视，并采取必要的探、防、放等措施后方能继续生产，以免造成突水事故，给国家和人民造成损失。
4．主要含水层：
矿井充水的直接来源是主要充水层即二叠系上统吴家坪组第二、三四段之碳酸盐岩。其岩性、厚度、产状、分布、面积及其水文地质特征在前面已作了详细的叙述，虽其富水性强，在开采时碳酸盐岩溶水会涌入采矿坑道，对开采影响
较大，当其开采深度加大时，而与其岩溶管道水贯通形成一定的水力联系时，其碳酸盐岩溶水将沿构造裂隙、岩溶通道涌入采矿坑道，对开采影响将进一步加大。
6、水文地质类型
由于岩层产状的控制，可采煤层资源埋藏于地下水位之下和当地侵蚀基准面以上，主要含水层的富水性中等至强，对今后采矿影响较大，而对开采有影响的主要为吴家坪组的灰岩，为碳酸盐岩类溶蚀裂隙水，就岩性而言，属富水性强的岩类，整个吴家坪组含水岩性厚度较大255—500m。因此，含水较高，随着开采深度增加水量将会有所增大。根据矿区的地质勘查报告，该矿水文地质条件复杂程度属复杂类型。建议矿方尽快请资质单位进行矿区水文地质补充调查，查清矿区范围积水情况，补充水文地质勘查报告及突水系数图，并根据调查情况采取相应防治水措施。
7、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 a、矿井水文地质特点
1、矿区褶皱、断裂构造不发育，主要为单斜构造，因此，其地下水受含水岩组结构、组合、地形及气候等因素的控制，矿区发育的地下水类型部分为松散层潜水和沿各含水层中分布的地下水，贮存于Q、P3w2等含水岩组中。通过对泉点和开采坑道及钻探资料表明，松散层地下水位埋藏浅，深度2～3m，而P3w2、P3w4中的地下水水位埋藏相对较深，一般40～60m，平均50m左右。
由此可见，本区地下水的埋藏深度不大且基本随地形变化而变化，地下水的水力坡度比地形坡度也要小。简言之，地势较高处的地下水位埋藏深度比地势低洼大，因此，当潜水位标高高于地表高程且有通道、出口时地下水就向地表排泄而形成泉等水点。
2、矿井主要含水层的富水性中等至强，对今后采矿影响较大，而对开采有影响的主要为吴家坪组的灰岩，为碳酸盐岩类溶蚀裂隙水，就岩性而言，属富水性强的岩类，整个吴家坪组含水岩性厚度较大255—500m。因此，含水较高，随着开采深度增加水量将会有所增大，水文地质条件复杂程度属复杂类型。
3、下伏二叠系上统茅口组（P2 m）为灰至深灰色中厚层泥晶—亮晶灰岩、生物屑灰岩、砂屑灰岩，灰岩厚大于100m。出露面积0.127km2，野外调查泉点2个，最大流量0.6311L/s，最小流量0.584L/s，平均流量0.608L/s，为碳酸盐岩类岩水，富水性强。
上伏二叠系上统吴家坪组第二、三、四段：该组岩性为矿区煤层的间接顶板，为灰至深灰色薄至于中厚层泥晶灰岩时夹炭质泥岩，灰岩中含较多不规则燧石团块和条带，厚约200m。出露面积大，约2.22km2，基本包含整个矿区。野外调查泉点2个，最大流量0.836L/s，最小流量0.7841L/s，平均流量0.810L/s，含碳酸盐岩类溶蚀裂隙水，富水性强。该组岩性为矿区煤层的间接顶板，是矿井充水主要含水层，对今后采矿影响较大，开采过程中，应作好探、防水工作。
4、老硐积水对煤层开采有一定影响，应加强防范。b、水患类型及威胁程度分析
1、地表水
矿区属于长江水系清水江支流重安江上游后河发源地，龙昌小溪河从矿区外围东侧流向南部，龙昌小溪河沿矿区东部分布，主体部分在矿区东侧由北向南径流，海拔标高1035.5~1000.0 m。最低排泄面标高为1000.0 m，并构成矿区内水系的最低排泄面。矿区内主要为龙昌小溪河流和季节性冲沟，大气降水沿冲沟向龙昌小溪河排泄。
通过塌陷裂隙渗入井下的地表水、贯通老窑和采空区的积水以及雨季时的山洪水。突然涌水将对矿井生产和职工安全造成威胁。
2、洪水
矿区属于长江水系清水江支流重安江上游后河发源地，龙昌小溪河从矿区外围东侧流向南部，龙昌小溪河沿矿区东部分布，主体部分在矿区东侧由北向南径流，海拔标高1035.5~1000.0 m。最低排泄面标高为1000.0 m，并构成矿区内水系的最低排泄面。矿区内主要为龙昌小溪河流和季节性冲沟，大气降水沿冲沟向龙昌小溪河排泄。
3、老空及采空区水
矿区内采煤历史悠久，废弃老窑、采空区有积水，老窑
采空区冒落带会造成地表开裂、塌陷，致使地表水及降雨由裂隙渗入老窑蓄积。因此，开采开采过程中必须预防老窑突水。从资料反应情况来看，矿平硐标高为：1034.5m,谷坝煤矿老系统井口最低标高为风井，其标高为：1006.5m，谷坝新系统井口最低标高均为1080m。从井口标高数据的显示情况来看，理论上采空区积水大部分从谷坝老系统风井流出去。虽然我矿老系统井口所处标高低于谷坝新系统，但是该矿2012年9月11日的透水事故发生在905m水平202下平巷切眼，我矿老系统采空巷道最低点标高为878.01m,高差为27m,但该水平属下山开采，平硐内采空区水点受水压危险的程度不大。两矿井老窑积水量为21万方。
4、裂隙及断层水
井下发现个别小断层及小褶曲，断层破碎带均为粉砂岩或粉砂质泥岩，砂质泥岩及其碎屑紧密充填而胶结，透水性一般。局部出露季节性泉水，对矿床充水有一定影响。
5、承压水
矿区可采煤矿产于二叠系吴家坪组第一段含煤岩系，含可采煤层一层，厚1.28－2.23m，浅部煤层平均厚1.66m，深部煤层平均厚1.76m，严格受层位控制，呈层状产出，主要由变质程度不高的烟煤组成，见星散状黄铁矿，偶见结核状黄铁矿，横向延伸较为稳定，变化不大，岩层与煤层产状一致，属沉积型矿床。横向延伸较为稳定，变化不大，岩层
与煤层产状一致。未来矿井充水主要含水层P3w4灰岩。
上伏二叠系上统吴家坪组第二、三、四段：该组岩性为矿区煤层的间接顶板，为灰至深灰色薄至于中厚层泥晶灰岩时夹炭质泥岩，灰岩中含较多不规则燧石团块和条带，厚约200m。出露面积大，约2.22km2，基本包含整个矿区。野外调查泉点2个，最大流量0.836L/s，最小流量0.7841L/s，平均流量0.810L/s，含碳酸盐岩类溶蚀裂隙水，富水性强。该组岩性为矿区煤层的间接顶板，是矿井充水主要含水层。
二叠系上统吴家坪组第二、三、四段是矿井充水主要含水层，对今后采矿影响较大，开采过程中，应加强探、防水工作。
下伏二叠系上统茅口组（P2 m）为灰至深灰色中厚层泥晶—亮晶灰岩、生物屑灰岩、砂屑灰岩，灰岩厚大于100m。出露面积0.127km2，野外调查泉点2个，最大流量0.6311L/s，最小流量0.584L/s，平均流量0.608L/s，为碳酸盐岩类岩水，富水性强。
综上分析，矿区部分处于沟谷以上，受水患威胁较少；部分处于标高以下，可能受沿裂隙、采空塌陷区域渗水、透水影响较大；矿井充水主要含水层富水性强，对今后采矿影响较大；因此，矿区为承压水、裂隙及采空区充水矿床，水文地质条件复杂。
二、井下探放水设计及措施(一)探放水方法的确定
该矿水文地质条件为复杂型，矿井部分处于沟谷标高以下，可能受沿裂隙、采空塌陷区域渗水、透水影响较大；矿井充水主要含水层富水性强，对今后采矿影响较大；因此，矿区为承压水、裂隙及采空区充水矿床，水文地质条件复杂。设计采用物探先行、钻探验证进行探放水作业。
1、探放水前应调查收集的资料
1）老窑、老空区积水，即老窑名称、编号、标高、开采时间、范围等；
2）老采空区积水，即积水巷道（或采面采空区）名称、标高、积水量、水头等；
3）断层位臵，断层导水情况等。
2、探放水起点的确定
为了确保采掘工作和人生安全，将水淹区的积水范围、水位标高、积水量等资料填绘在采掘工程图上，经过分析划出三条界线。
1)积水线：积水边界线(小窑采空区范围)，其深部界线应根据小窑或老空的最深下山划定。
2)探水线：根据积水区的位臵、范围、地质及水文地质条件及其资料可靠程度、采空区和巷道受矿山压力破坏情况等因素确定，具体规定如下：
a)对采掘工作造成的老空、老巷、硐室等积水区，如边界准确，水压不超过10kPa 时，探水线至积水区的最小距离：煤层中不得小于30m，岩层中小于20m。
b)对虽有图纸资料，但不能确定积水区边界位臵的积水区，探水线至推断积水区边界的最小距离不得小于60m。c)对有图纸资料的小窑，探水线至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小窑，必须坚持“有疑必探，先探后掘”的原则，防止发生透水事故。d)掘进巷道附近有断层或陷落柱时，探水线至最大摆动范围预计探水线时的最小距离不得小于60m。
e)石门揭开含水层前，探水线至含水层的最小距离不得小于20m。
由于谷坝煤矿资料为矿方提供的资料，技术人员更换频繁，积水区边界不能准确定性，因此探水线边界距积水线距离为60m.3)警戒线：
沿探水线外推90m(在上山掘进时指倾斜距离)即为警戒线。
根据“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则，井巷掘进开口前就必须先进行打钻探水，确认无水患后再往前掘进并留一定的超强距，掘进到预留超前距位臵后停下，再进行探水，依此类推直至巷道掘到位，因此
探水起点即为各条巷道的开口位臵。
3、探放水钻孔布臵方式：
1）、超前距、允许掘进距离、帮距和密度的确定（1）超前距： a=0.5AL3pkp 式中：
a---超前距，m；
A---安全系数，一般取2～5；取4； L---巷道跨度（宽或高取其大者），m；取3； P---水头压力，（kgf/cm2）；取40（kgf/cm2）； Kp---煤的抗张强度，取10（kgf/cm2）。a=0.54334010 = 21.4m，为安全起见，取30m。
（2）允许掘进距离
每次探放水钻孔完毕后，以最短的钻孔有效控制距离减去超前保护距离之后剩余的距离。（3）帮距
最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离，其值应与超前距相同。
（4）钻孔密度（钻孔间距）
钻孔密度必须根据物探结果来确定，具体的钻探验证按以下两个方法去操作。
1、物探检测表明前方无异常，按有掘必探原则，钻孔的数量不能少于5个，钻孔沿水平面和竖直面方向呈扇形布臵，钻孔终孔端位臵距两帮及上下顶底板位臵不低于20m.钻孔的深度不低于70m;超前距离不低于30m。
2孔1孔4、5孔2孔超前安全距离允许掘进距离4孔1孔2、3孔5孔
2、物探检测表明前方有水患可能，则必须严格按以下的钻孔布臵方式进行探放水。
竖直扇形面内钻孔间的终孔垂距不得超过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。详见图。
根据现场实际情况，本设计探水钻孔长度70m，超前距30m，帮距20m。2）探水钻孔布臵方式
探水钻孔的布臵方式、数量和夹角大小，一般分大夹角与小夹角两种，大夹角钻孔夹角为7～15°，小夹角为1～3°。视老空规模而定，规模大的取大夹角，规模小的取小夹角。我矿老空面积较大，故选择大夹角钻孔16° 3）钻探成果标注
钻探过程中，当班负责人对本班钻探的方向、深度、异常情况写在记录本上，并及时向矿调度室汇报。
钻探位臵必须做好标记，搞好探水基点位臵。在巷道施工过程中，必须现场做好已掘进距离和剩余掘进距离的记录台账，到达超前安全距离必须进行探放水。
（二）探放水设备选择
1、探放水设备选择依据
矿井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，所需钻机适应的围岩力学性质等。根据各种煤岩柱的留设要求，各种煤岩柱最大厚度为30m，安全超前距≥30m，即钻机的钻进深度需大于50m。本矿选择探水钻主要技术参数：
1）钻机型号：ZDY-250型 2）钻孔直径：56/87mm 3)钻机功率：15Kw 4）钻进的深度：不少于70m 5)钻杆的直径：￠=65mm 6)钻杆的长度：750mm，7）钻头：三翼硬质合金三级组合钻头
3、探放水安全措施
矿区内分布有老窑、老空，矿井水文地质条件复杂，矿井在建设或开采过程中有可能误穿小窑或老窑采空区，因此，矿井的所有采掘工作都必须严格执行“预测预报、有掘
必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则。带班矿长、跟班安全员、瓦检员、采掘区队长发现：采掘工作面或其他地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突水预兆时，必须停止作业，采取措施，立即报告矿调度室，发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。
4、探放水安全措施
(1)进行探放水施工作业前，必须学习本措施并掌握钻机的操作规程和机械性能，考试考核合格签字后方能作业。
(2)进行探放水施工作业前，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作业人员。
(3)安装钻机探水前，要遵守下列规定：
①加强钻场附近的支护，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，必须配备与探放水量相适应的排水设备。
⑧在打钻孔地点或附近安设专用电话。
④测量和防探水人员必须亲临现场，依据设计，确定主要探水孔的位臵、方位、角度、深度以及钻孔数目。(4)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。
(5)钻孔水压过大时，采用反压和有防喷装臵的方法钻进，并有防止孔口管和煤(岩)避突然鼓出的措施。(6)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。
(7)探放老空水前，首先要分析查明老空水体的空间位臵、积水量和水压。老空积水高于探放水点位臵时；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，—切断电源厂撤出人员，并报告矿调度室，及时处理。(8)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。
(9)排除上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。
四、井下发生水灾时的避灾路线及避灾措施
1、采、掘工作面发生水灾时的避灾线路：
工作面开工前，必须积水绘制该工作面的避灾路线图，应让井下的所有员工都要应知应会。
2、避灾原则
井下发生透水事故时，应撤退到涌水地点上部水平，避免进入涌水附近的独头巷道。但当独头上山下部唯一出口被淹没无法撤退时，也可在独头工作面暂避。
3、避灾措施
（1）矿井为井建阶段，为井筒建设；向井口方向安全撤离。
（2）井下必须挂牌标示该点名称并指明避灾路线。（3）人员撒退到安全地点后，应及时报告。
福泉市龙昌镇沙坡煤矿 2013年6月24日
