锦源煤矿探放水方案设计.docx
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锦源煤矿探放水方案设计
水城县化乐锦源煤矿
探
放
水
方
案
设
计
编制日期二0一五年三月
目录
第一节矿井水文安全条件分析..............................................................2
一、矿井水文地质情况............................................................................2
第二节矿井防治水措施..........................................................................3
一、矿井开拓开采所采取的安全保证措施............................................4
二、防水安全煤岩柱留设........................................................................5
三、降压措施............................................................................................7
四、井下探放水措施...............................................................................7
五、地表水防治措施..............................................................................13
第三节井下防治水安全设施................................................................15
第一节矿井水文安全条件分析
一、矿井水文地质情况
矿区位于古木背斜东翼，为高原山地地形，矿区沟系发育，地表排水条件通畅，地表水汇入矿界东部的沟河内，其汇水标高+1670米。
沟系地表水流量受季节影响极大，流量大小受降水控制，雨后山间沟系水流量较大，暴雨后有山洪发生。
矿区含水层为煤层顶板间接充水岩层飞仙关组（T2f）砂页岩，为一弱含水岩组；煤矿的直接充水岩层为上二迭龙潭—大隆组（P2l—d），为一弱含水岩组；隔水层为龙潭组（P2l）凝灰质粘土岩、炭质页岩、粘土质页岩，水文地质条件复杂。
1、含水量
龙潭—大隆组和飞仙关组主要由砂泥岩组成，该地层含浅部风化裂隙水，有泉水点出露，愈往深部含水性愈微弱。
井下煤层巷道中，顶板常见淋水现象。
第四系主要为坡积物、残坡积物，厚度一般10米左右，透水性强，含水性中等，主要受大气降水的控制。
2、隔水层
主要是含煤岩组及上伏地层中的泥岩和粘土岩。
3、地表水
矿区内地表水较发育，多处泉水沿沟分布，经调查共有5个泉点,最大流量20升/秒,一般均在2升/秒。
4、地下水
主要为煤系地层含水，因未对已关闭停采小窑进行水文地质工作，地下水涌水量及小窑积水等水文地质情况不详。
5、矿井充水条件分析
矿井充水水源有三种，其中大气降水、老窑积水是矿井充水的主要因素，次为地下水。
（1）、地下水：
地下水是矿井的直接充水水源
（2）、地表水：
因矿区开采标高大部分低于当地浸蚀基准面以下，地表水补给地下水增多，因此是造成矿井积水的主要因素。
（3）、停采小窑积水：
由于停采小窑常年不排水，贮有大量地下水，当采掘工作面遇到或接近停采小窑时，易发生突水事故。
根据以上情况，本矿区水文地质条件复杂，地表水汇水标高+1670米（测区内高程）。
6、矿区水文地质特点：
（1）、矿区主要含水带煤系为成层的砂岩系，地下水沿层流动。
（2）、绝大部分矿床埋藏于当地浸蚀基准面以下，煤系含水带渗透性能力较弱，地下水循环甚为缓慢。
（3）、在构造和地形上，矿区为较明显盆地水文地质特征，它具有一定的补给区和排泄区，地表水均向盆地中心汇集，沿沟排出矿区。
综上所述，本井田属于以大气降水为主要补给来源的裂隙充水矿床，水文地质条件中等。
7、矿井涌水量矿井正常涌水量20m3/h，最大涌水量40m3/h（参照安全专篇）。
第二节矿井防治水措施
一、矿井开拓、开采所采取的安全保证措施
1、矿井开拓工程位置
主斜井：
沿煤系地层中部布置,井口标高为+1684.3m，斜长271m，方位角67.5°,倾角17°,掘至+1604.22m标高时落平,落平后掘送+1604m运输石门,斜长271m；
副斜井：
沿煤系地层中上部布置，井口标高为+1697.0m，斜长238m，方位角68°，倾角23°，付斜井至+1647.8m标高设甩车场，与11回风石门连接，付斜井至+1604m标高设甩车场与11运输石门连接；
主、副斜井掘至+1604.22m水平布置一水平车场、水仓，掘至+1400m水平布置二水平车场、水仓。
回风斜井：
井口标高为+1696.4m，斜长150m，方位角68°，在+1400m水平布置二水平车场、水仓；角19°，沿3号煤层底板岩层布置，至+1648m标高落平，落平后直接以同一方位按3‰坡度作一区段穿层石门至1号煤层。
2、采掘工程所采取的防治水措施
（1）收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况，并在井上、下对照图上标出井田位置、开采范围、开采年限、积水情况等。
（2）针对主要含水层（段）建立地下水动态观测系统，进行地下水动态观测、水害预报，并制定相应的“探、防、堵、截、排”综合防治水措施。
（3）井巷在掘进过程中必须先探后掘，掌握前方水文情况，若发现有水患时，应及时采取措施，待确认安全后才向前掘进，并将出水点位置标于井上下对照图或采掘工程图上。
井巷揭露的主要出水点或地段，必须进行水温、水量、水质等地下水动态和松散含水层涌水含砂量综合观测和分析，防止滞后突水。
（4）采掘工作面或其它作业地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底版鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突出预兆时，必须停止作业，采取措施，立即报告调度室，发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。
（5）井下和地面排水设施保证完好，所设沉淀池、水沟要及时清理，每年雨季前必须清理一次。
每年雨季前对矿井防治水工作进行一次全面检查，成立防洪抢险队伍，并储备足够的防洪抢险物资。
（6）在矿井采掘过程中坚持“有掘必探、先探后掘”的原则。
（7）查明矿区和矿井的水文地质条件，编制中长期防治水规划和年度防治水计划，并组织实施。
做到水文地质条件可靠。
3、地面防治水措施
必须先查清矿区及其附近地面水流系统的汇水、渗漏情况，与水力有关的水利工程，掌握当地历年降水量和最高洪水水位资料，建立疏水、防水和排水系统。
二、防水安全煤柱留设
1、防水煤（岩）柱的留设原则
①在有突水威胁但又不宜疏放的地区采掘时，必须留设防水煤（岩）柱。
②防水煤柱一般不能再利用，一般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，以提高资源利用率。
③留设防水煤（岩）柱必须与当地的地质构造、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，与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素相适应。
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）柱必须统一考虑确定，以免某一煤层的开采破坏另一煤（岩）柱致使整个防水煤柱失效。
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对防水留设煤（岩）柱的维护条件要特别严格，因为煤（岩）的任何一处被破坏，必将造成整个煤（岩）柱无效。
防水煤（岩）柱一经留设即不得破坏，巷道必须穿过煤层时，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区取得。
邻区或外地的数据只能参考，如果需要采用，应当加大安全系数。
⑨防水煤（岩）柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不发育、含水性弱的岩层，否则防水岩柱将无隔水作用。
2、防水煤（岩）柱的种类
根据防水煤（岩）柱所处的位置，可以分成不同的种类。
根据本矿的实际情况，需要留设以下防水煤（岩）柱。
①断层防水煤（岩）柱
在导水或含水断层两侧，为防止断层水溃入井下而留设的防水煤（岩）柱；当断层使煤层与含水层接近时，为防止含水层溃入井下而留设的防水煤（岩）柱。
②主要巷道防水煤（岩）柱。
3、防水煤（岩）柱的留设
①断层防水煤（岩）柱的留设
断层破坏了岩层的完整性，常常成为含水层间的联系通道。
断层的某一区段是否导水，导水强弱等情况取决于两侧岩层的接触关系、含水层的水压以及采矿活动对断层的重复破坏作用。
因此在没有掌握断层各区段的导水性时，应把整个断层作为导水断层对待。
煤层直接和富含水层、导水断层接触，顶底板无突水可能，即煤柱主要是顺层受压时，常以下叙公式计算煤柱宽度：
L=0.5kM
式中：
L－顺层防水煤柱宽度（m）
M－煤层厚度或宽度（m）取最大采高M=2m；
Kp－煤层的抗张强度（kgf／cm2）Kp取10kgf／cm2；
P－水力压头（kgf/cm2）,P=120Kg/cm2；
K－安全系数，一般取2－5，本次设计取5
则：
L=0.5×5×2
=30
根据上式计算，故断层两侧各留30m防水煤柱。
②主要巷道防水煤（岩）柱留设
L=0.5kM
式中：
L—顺层防水煤柱宽（m）
M—煤层厚度或采高（m）取最大采高M=1.62m
kp—煤层的抗张强度（kg/cm2）kp取10kp/cm2;
P—水头压力（kg/cm2）,P=50kgf/cm2;
K—安全系数，一般取2－5，本次设计取4
则：
L=0.5×4×2
=15m
根据上述计算，并结合实际情况，故主要巷道两侧各留设15m防水煤柱。
见表。
防水煤柱留设表
名称
煤柱尺寸（m）
井田一侧边界煤柱
20
大巷一侧
20
上山一侧/两侧之间
15
区段煤柱
10
落差10～20m的断层
30
落差小于10m的断层
30
采空区边界煤柱
20
小窑、老硐防水保护
30
公路保护煤柱
60
三、降压措施
本矿无承压含水层。
四、井下探放水措施
（一）、探放水原则
必须按“有疑必探、有掘必探、先探后掘”的原则进行。
（二）、探放水设备选择
探放水设备型号：
采用ZDY—750钻机。
配备台数3台。
（三）、井下钻工上岗条件
1、井下钻探需要熟悉以下知识：
2、必须熟悉《煤矿安全规程》和井下工作的一般安全知识，经专门技术培训，考核合格后，方可上岗。
3、熟悉钻机的工作原理。
掌握各种钻机的操作要领，维护保养及排除故障的技术知识。
4、掌握瓦斯抽放、煤层注水、注浆、防灭火、防突等各种钻孔的封孔和施工方式。
5、掌握《煤矿安全规程》对瓦斯抽放、煤层注水、注浆、防突等的有关规定。
6、了解有关煤矿瓦斯、煤尘爆炸的知识。
7、熟悉预防灾害的措施和矿井避灾路线。
8、掌握井下打钻、注浆、封孔、煤层注水、防灭火、瓦斯抽放、防突等各种钻孔的施工方法。
（四）、安全技术规定
1、安装钻机前，必须遵守下列规定：
⑴加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和挡板。
⑵清理巷道，挖好排水沟。
⑶在打钻地点或附近安设专用电话。
⑷测量和探放水人员必须亲临现场，依据设计，确定主要探水孔的位置、方位、角度、深度及钻孔数目。
2、钻机运往作业地点后，应仔细检查：
⑴检查所有紧固件是否牢固，检查操作手轮柄是否灵活可靠，检查齿轮咬合情况。
主轴转动是否灵活，皮带松紧是否适宜。
皮带可通过调整螺丝进行调整，电机的接线一定要专职电工操作，并检查电机及防爆开关是否符合要求，并注意电机的旋转方向（钻机主轴应顺时针方向旋转），一定按箭头的方向旋转。
先空机运转，待正常后，再正式钻机。
⑵检查机油、液压油油量并加足。
3、钻机固定安装
在井下可借机座用木头支柱与巷道顶板或梁撑紧。
同时对底座的左右后部也应支撑，防止机体左右摆动和钻机受力后向后移动，钻机安装必须平稳、牢固。
4、钻探操作
1）钻进规定
（1）打钻人员必须对钻机的结构原理了解清楚，详细看懂说明书，严禁盲目开钻。
（2）开钻前不要锁紧钻杆，先试旋转方向（主轴应顺时针方向），待方向正确后，才能锁紧钻杆。
严禁开反车！
以防钻杆、岩芯管、钻头在钻孔中脱扣（落），造成事故和损失。
（3）钻机工作时，通过给进装置驱动，实现主轴和钻杆一体前进。
在钻机钻进一个行程后，松开主轴卡环将给进手柄扳至回程，主轴后退，退回主轴后。
再用卡瓦夹紧钻杆，进行二次给进。
如此往复实现钻进，在需添加钻杆时，须先关掉电源、水源，将前一根钻杆后的给水器取下，所加钻杆接在前钻杆末端，并用两把600㎜管子钳夹住钻杆将其拧紧，然后再接上给水器，便可继续钻进。
钻进结束后，将钻杆从钻孔拖出，拖出的每根钻杆应及时松下，避免由于取出的钻杆过长而对钻杆部分的螺纹造成损坏。
（4）按地质技术人员所标定的孔位及施工措施中规定的方位、角度施工，不经地质技术人员同意，不得擅自改动。
（5）钻探工人穿戴要整齐、利落，衣襟、袖口、裤脚必须束紧。
（6）启闭开关时，注意力要集中，做到手不离按钮，眼不离钻机，随时观察和听从司机命令，准确、及时、迅速地启动和关闭开关。
（7）禁止用手、脚直接制动机械运转部分；禁止将工具和其他物品放在钻机、电机保护罩上。
（8）司机要站在钻机后侧，不得紧靠钻机；钻机后面和前面的给进范围内，不准站人，给压要均匀，根据孔内情况及时调整钻法及压力。
（9）采用清水钻进时，要保证有足够的水量，不准打干钻。
（10）钻进过程中，一旦发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异状时，必须停止钻进，但不得拔除钻杆，现场负责人员应立即向矿调度室报告，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地区的人员，然后采取措施，进行处理。
（11）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地点位置时，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。
钻空接近老空，预计可能有瓦斯或其他有害气体涌出时，必须有瓦斯检测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规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告调度室，及时处理。
（12）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，控制排放水流量，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。
（13）透老空后，需经瓦检员检查有无有害气体溢出，并严格按作业规程要求对钻孔进行处理。
2）探水钻孔必须保持一定的超前距、帮距和密度，见附图，探水工作采用“探水～掘进～探水”方式进行，探水孔为掘进巷道掘进探明一段安全距离后，巷道允许掘进一段距离，然后再探再掘，确保掘进安全。
（1）超前距：
为探水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面的一段距离，取20米。
（2）允许掘进距离：
为经探水证实无水害威胁，可安全掘进的长度，取20米。
（3）帮距：
为使巷道的两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离，即成扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离，其值与超前距相同，取20米。
（4）钻孔密度（孔间距）：
指允许掘进距离终点横剖面上，探水钻孔之间的距离，一般不超过3米，以免漏掉积水区。
（5）煤层平巷钻孔布置：
主要是探巷道上帮小窑老空水，钻孔成扇形布置在巷道上帮，薄煤层一般布置三组，每组1～2个孔，钻孔之间的夹角为8.50。
4、遇到水灾时避灾路线：
视工作面所处位置而定
五、地表防治水措施
1）防洪标准及防洪坝墙设计要求
由于工业广场布置在缓斜坡处，故无内涝之患。
为满足工业场地防洪要求，设计在场内排水沟沿公路、边坡角、挡土墙下布置，排水沟端面为0.5m×0.5m矩形端面，穿公路时加盖水泥钢筋盖版。
2）地形、水系和汇水面积
本矿区位于古木背斜东翼，为高原山地地形，地势总体四周高，中部沟系低，海拔高度1670～1879.5m，最低为中部沟系1670m，相对高差210m。
3）开采塌陷、裂隙对地表水系和降雨渗漏的影响
由于地下煤层的开采，使得采空区上方的地表有不同程度的移动和变形。
其影响范围将略大于采空区范围。
而当开采深度越大时，地表水的影响将越小。
本矿区处于山区，地形高差较大，采空区引起的地表塌陷，可能会引起陡峭的地形发生崩裂、滑坡。
因此设计中对地表沉陷影响的重要建筑设施按规定留设保安煤柱，对于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，打抗滑桩或削坡减载等，另外，经常有巡视人员，发现问题及时处理。
2、地表水防治
1）必须及时查清矿区及附近地面水渗漏情况，掌握当地历年降水量和最高洪水位资料，建立疏水、防水、排水系统。
2）井口附近或塌陷区内外的地表水体可能溃入井下必须采取措施：
容易积水的地点应修筑沟渠，排泄积水，对较低洼地点、塌陷区及地面裂隙应及时进行充填压实：
排到地面的矿井水，必须妥善处理，避免再渗入井下；每次降大到暴雨时和降雨后，必须派专人检查矿区及附近地面有无裂缝、老窑陷落及岩溶塌陷等现象，发现漏水情况，必须及时处理。
3）为了防止雨水渗入井下，在矿区内采取充填、补凹、平整地表、修筑排洪沟等措施。
另外为防止山洪爆发及地表水不至冲跨地面建造物，应及时清理河床。
4）井口上方，地面工业广场建造物周围等修筑排截水沟，进行防排水。
5）严禁将矸石、炉灰、垃圾等杂物堆放在山洪、河流可能冲刷到的地段。
3、地表防治工程及设备
1）防洪堤坝工程：
在井口上边缘砌1m高，厚0.6m的防洪挡水墙。
2）排涝工程：
井口及工业场地排水沟汇集后排入小河沟。
3）地表水体必须留设的安全煤柱：
地表无大的水体，但在雨季有一定影响，所以无需留设地表水体煤柱。
第三节井下防治水安全设施
一、排水设施
1、排水设施设计依据
本设计只考虑+1604m标高的排水需要，后期开采时重新选择水泵进行排水。
排水垂高81m，本矿涌水量按照现有排水量测算并，参照周边矿井的涌水量，本设计按下列参数考虑：
1）矿井正常涌水量：
QB=8m3/h
2）矿井最大涌水量：
QB=14m3/h
3）排水垂高：
HP=81m
2、水泵选型
1）水泵参数计算
①所需水泵最小流量
QB=24×QB/20=24×20/20=24（m3/h）
②所需水泵最大流量
QBm=24×Qmax/20=24×40/20=48（m3/h）
③水泵扬程
HP=（HP+HZ）k1=（81+5.5）1.28=111（m）
2）水泵型号及台数的确定
依据《煤矿安全规程》规定，选用三台水泵，一台工作、一台备用、一台检修。
根据QXB和QXM值，水泵选用IS80-50-315水泵。
配套功率37KW.Q=50m3,H=125m。
选择上述水泵三台，一台工作，一台备用，1台检修。
排水管径φ=100mm，安设两趟，一趟使用、一趟备用。
初期可通过调整水泵级数，以满足矿井排水需要。
从主井铺设两路排水管路至井底水仓，水泵的吸、排水管道管径φ=100mm。
矿井阶段水仓布置在+1604m标高。
根据计算，矿井主水仓容量为320m3副水仓容量为160m3，合计水仓容量为480m3，满足矿井排水要求。
3、防水设施
1）在采空区、断层破碎带周围，开采水平和采区之间留设防水安全煤柱；巷道掘进时，必须探水前进。
2）在采空区等有突水危险的地区设置防水闸门。
防水闸门要设在巷道穿过有足够强度隔水层的地段上。
3）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，发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。
4）矿井必须随时保证井下主要排水通道的畅通，防止排水沟或其巷道受阻。
初期进行上部开采，若根据实测发现老窑、小窑积水对矿井有突水淹井危险时，在其上部以及有突水危险的地区就应设置防水闸门，并且能有将水引至轨道下山的排水设施。
在进行下部开采时，若矿井有突水淹井危险，必须在其井底以及有突水危险的地区设置防水闸门。
防水闸门必须采用定型设计，其施工及质量，必须符合设计要求，闸门和闸门硐室不得漏水。
本矿防水闸门安设在井底水泵房处。
1）防水闸门采用混凝土墙垛、门框和能开启的门板建造。
门扇采用矩形单扇门，门的形式采用平面形。
门框的尺寸采用高为1.6m、宽为1m。
门与门框之间采用斜口接触，并垫有橡胶。
门板采用40mm的钢板制成。
墙的四周要楔入岩石，使它不致漏水并能承受较大压力。
2）防水闸门的要求
①采用定型设计
②施工及质量，要符合设计要求。
闸门和闸门硐室不得漏水。
③防水闸门硐室前、后两端，应分别砌筑不小于5m的混凝土护碹，碹后用混凝土填实，不得空帮、空顶。
防水闸门硐室和护碹必须采用高标号水泥进行注浆加固，注浆压力应符合要求。
④防水闸门来水一侧15～25m处，应设一道挡物篱子门，防水闸门与篱子门之间，不得停放车辆或堆放杂物。
来水时先关篱子门，后关防水闸门。
⑤通过防水闸门的轨道等必须灵活易撤；通过防水闸门墙体的各种管路和安设在闸门外侧的闸阀的耐压能力，都必须与防水闸门所设计压力相一致；电缆、管道通过防水闸门墙体时，必须用堵头和阀门封堵严密，不得漏水。
⑥防水闸门必须安设观测水压的装置，并有放水果管和水闸阀。
⑦防水闸门必须灵活可靠，并保证每年进行两次关闭实验，其中一次应在雨季前进行，关闭闸门所用的工具和零配件必须专人保管，专门地点存放，不得挪用丢失。
4、安全出口
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。
但是当独头上山下部唯一出口被水淹没无法撤退时，也可在独头工作面暂避。
（附井下避灾路线图。
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