昂州煤矿南矿井下探放水措施.docx

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昂州煤矿南矿井下探放水措施

天全县天民昂州煤炭有限公司昂州煤矿南矿

井下探放水措施

 昂州煤矿南矿位于昂州倒转向斜的南部扬起转折端、天全县昂州河煤矿区南段。

受区域性逆断层F1与F7影响，区内构造极其复杂，断层、褶曲发育。

区内出露的地层：

最老为中泥盆统、最新为上三叠统须家河组。

其主要岩石类型为灰岩、细砾岩、砂岩、粉砂岩、页岩和少量有机岩，局部地段有薄层残坡﹙崩﹚积碎块石及粘土。

矿区地处强烈上升的高中山区，地貌属侵蚀构造地形，总体地形为北高、南低，最高标高+2760m，最低标高+2040m，相对高差720m，属低高中山区。

自然斜坡坡向约180°，斜坡类型主要为切向坡，坡度一般25°～50°，局部地段有陡坡或悬崖存在。

由于地形总体倾向为南，地形较陡，矿区内无大的地表水体，地表水系较发育，西清水沟、东清沟水、吃水沟、大獐子沟、对水沟等溪沟为常年性溪沟，由北向南汇入白木河，在两岔河与新井沟汇合后折向东而后向南汇入天全河。

天全河为青衣江上游支流，属岷江水系。

A煤层出露地表最低点小獐子沟标高2100米，为矿区最低侵蚀基准面。

矿山开采煤层大部份位于当地侵蚀基准面+2100m及地下水位以上。

据本次调查，矿坑涌水主要来自顶板砂岩裂隙含水层及破碎带含水层和老窑积水。

经井下巷道观察，巷道大部分处于潮湿状态，在构造破碎带有滴、淋水现象甚至呈股状流出，流量最大可达3.23L/s。

煤层之下的穿脉坑道以裂隙滴水为主；沿脉平巷有滴水和股流，靠近采空区段为股流，其后变为浸水、滴水状，随着采深加大，出水点下移，可见有老采区水补给；其它地段为滴水，开采工作面为滴水或无水；目前该矿井各中段均修筑排水沟，矿坑水主要沿运输平巷自流出井。

近年矿井最大涌水量50m3/h，最小涌水量为15m3/h，一般涌水量约20m3/h。

据历史经验，雨季矿井涌水量较目前明显增大，约为现矿井涌水量的3倍。

但随着矿井的不断延深，矿坑涌水量将加大，要随时观察矿坑水的变化规律，要注意矿井水的排放；在施工井巷或采掘工程中，要注意断裂破碎带、老采空区附近的水文地质情况的观察、记录，在开采煤层时，特别在靠近断裂破碎带、老窑分布区时，应提前采取相应的有效措施预防突水现象的发生，保证矿山安全生产。

（二）主要含（隔）水层特征

据四川省地质矿产勘查开发局四〇三地质队2010年5月提交的《四川省天全县昂州河煤矿区昂州煤矿南矿资源储量核实报告》，该区初步划分成五个含、隔水层（组）。

1、含（隔）水层（组）的划分

矿区为一倒转向斜构造。

呈近南北走向，出露地层的岩性：

中泥盆统（D2）以灰岩为主，三叠系上统须家河组（T3xj）以陆相碎屑岩建造之页岩、泥质粉砂岩为主组成煤系地层。

岩性差异性小，无稳定含水层存在，因此，给含、隔水层的划分带来很大困难。

现根据含水介质的空隙性质和泉水流量的大小，结合钻孔资料，初步划分成五个含、隔水层（组）。

其中煤系地层划分两个含水岩组和一个相对隔水岩组。

2、含（隔）水层（组）的特征

（1）第四系（Q）孔隙含水层

区内第四系分布广而厚，不少地段在3m以上，最厚可达数十米，岩性主要为含砂量较多的亚粒土及亚粘土与棱角状岩屑或岩块。

按岩屑大小及数量可将其分为：

粘土含量较多的、岩屑物较少的、岩屑物较多的三类，含水性差异大。

在粘性土含量较多的层、段透水性微弱，未见泉水出露；在岩屑物较少的层、段，一般透水性较弱，泉水流量为0.042L/s。

而含岩屑物较多的层、段，相对的透水性强一些。

在局部见有少量的水溢出，泉水流量为0.821L/s，为孔隙含水主要地段。

（2）三叠系上统须家河组上段（T3xj3）裂隙弱含水岩组

以炭质页岩、页岩为主，中夹煤线或薄煤层及薄至中厚层、块状中粒石英砂岩或岩屑砂岩，底部为块状含砾岩屑石英砂岩和少量粉、细砂岩，地层平均厚度141.46m。

出露泉水4个，流量0.042～2.723L/s，平均流量0.827L/s，水质为HCO3—Ca·HCO3—Na·Mg型水，矿化度0.057～0.079g/L。

钻孔浅部岩性较破碎，裂隙较发育，常见有张性构造裂隙；深部岩心较完整。

回次水位、消耗量变化较明显。

南邻生产井内常可见到本层有渗、滴水现象。

地层呈反向坡产出，不利于地下水补给，但与其上覆第四系孔隙水可能发生水力联系，故为弱含水岩组。

（3）三叠系上统须家河组中段（T3xj2）相对隔水岩组

本层为页岩、炭页岩、无烟煤与中～厚层状粉砂岩、粉砂质页岩和细～中粒石英砂岩不等厚韵律互层。

地层厚度116.19～239.49m。

平均厚度182.62m。

页岩、炭质页岩具隔水性。

浅部含风化裂隙水，出露泉水6个，但其流量一般较小。

除有两泉流量稍大而外，其余4个泉水流量为0.042～0.296L/s。

且多属季节性泉水。

据钻孔资料、深部岩性完整，裂隙多呈充填或封闭状态，回次水位和消耗量变化不明显。

（4）三叠系上统须家河组下段（T3xj1）裂隙弱含水岩组

为薄～厚层粉砂岩、炭质页岩、粉砂质页岩及少量含砾粗粒石英砂岩组成，向下变为细砾岩或凝灰质粉砂岩等，与下伏岩层为角度不整合接触。

地层平均厚度242.47m，在向斜两翼均呈反向坡出露，出露泉水4个，流量0.075～1.142L/s，平均流量0.439L/s，水质为HCO3—Na型水，矿化度0.035g/L。

浅部风化裂隙发育，岩性富水性弱，为主要含水岩组。

（5）整个三叠系上统（T3xj）以页岩、炭质页岩、无烟煤为主，次为泥质粉砂岩、砂岩等，其隔水性能较好，也可作为向斜北西翼泥盆系中统（D2）的相对隔水层。

（6）泥盆系中统（D2）灰岩岩溶裂隙含水层

主要由中厚层生物碎屑灰岩组成，间夹薄～块状泥晶灰岩。

泥质含量较少的凝灰岩中，岩溶有所发育，W26号泉就出露在一个小型溶洞中（洞高0.5），泉水沿垂直岩溶裂隙呈股状倾汇而出，流量为1.454L/s。

泉口见有灰华及溶蚀现象。

本层共出露泉水14个，流量0.085～5.521L/s，平均流量1.488L/s，为岩溶裂隙含水层。

它在矿区向斜西翼出露面积较大，岩溶裂隙发育，含水较丰富，泉水出露多而密，且流量较大（最大达5.521L/s）。

因此，向斜西翼岩溶裂隙含水层，在开采后期，煤系地层顶板塌陷，形成冒裂带，有可能由间接充水含水层，转变为直接充水含水层。

（7）矿区断裂构造较复杂，以北东～南西向一组最为发育，且规模大，主要为逆断层，其断裂带宽度不大，带内仅见少许棱角状砾岩充填，主要富水性较弱，导水性较差。

（三）充水因素分析

1、含水地层：

三叠系上统须家河组第二段（T3xj2）煤系地层，多为页岩、粘土质粉砂岩及煤层（四层煤总厚度达27.91～88.02m）等，岩层大多具隔水性能，部分岩层含水，但富水性弱，在开采初期，主要为煤系地层裂隙水补给坑道。

开采后期煤系地层塌陷。

形成冒裂带，北西翼中泥盆统（D2）岩溶裂隙水，有可能通过冒裂带渗入坑道，因此，中泥盆统（D2）岩溶裂隙含水层，可能从间接充水含水层，转为直接充水含水层，地表水也将通过冒裂带渗入坑道，给矿坑安全造成严重威胁。

只要采取严格措施，如保安煤柱留好，远离地表水体的深部掘进，是可以减少或避免地表水及（D2）岩溶裂隙水的威胁。

2、断层破碎带：

矿区断裂多，多数断裂对煤层也有不同程度的破坏，F1断层除切断两翼四层煤外，同时切断了三叠系上统及部份泥盆系地层。

断裂破碎带宽度一般不超过4m，少数断层见泉水出露，但流量小，其它断裂未见出水。

据现有资料分析，F1断层出水弱，深部无工程控制，从图面上看，对北西翼泥盆系岩溶裂隙水，在不同程度上起到了导水作用，只要不触及F1断层，其余断裂对煤层开采一般不会造成大的威胁。

但受断层破碎带的影响，次生裂隙较发育，使局部地段富水性增强，并使不同裂隙含水岩组间产生水力联系。

3、老窑水：

目前露天采区老窑随着剥采揭露，老窑存在少量积水，被自然疏干，对下部煤层开采不构成威胁。

矿区中部B煤层区形成了约0.15km²面积的露天采坑。

露天采区采用阶梯式开采，每个开采台阶均设有排水沟，无露采区积水。

4、降水及地表水：

虽然区内地形地貌条件，有利降水形成地表水排泄，降水直接入渗量较小。

但矿区气候潮湿，雨量极多，日降雨强度大，且多集中在6～9月，植被茂密，第四系广布，浅部坑道由于采空区形成冒落带与露天采场相通形成水力联系通道，且浅部岩石风化裂隙发育，有利于降水渗入。

根据地表动态长期观测资料，雨季流量巨增，沟水流量呈169～354倍增长，矿坑涌水量雨季比平时约大二～四倍，可见降水及地表水对矿床充水影响较大，说明大气降水是矿坑充水主要因素之一。

一、采掘工作面必须执行“有疑必探，先探后掘”的原则，有遇到下列情况之一时，必须先探水：

1、接近水淹或情况不明的井巷、老空区、小煤井或老窑时； 

2、接近含水层、导水断层、含水裂隙密集带、溶洞或陷落柱时； 

3、接近或需要穿过强含水层时； 

4、接近末封闭或封闭不良的导水钻孔时； 

5、接近水文地质条件复杂的地段，采掘工作面有突（出）水征兆时； 

6、接近各类防水煤柱或打开隔离煤柱放水时； 

7、上层采空区有积水，在下层进行采掘工作，两层间垂直距离小于回采工作面采高的40倍或小于掘进巷道高度的10倍时； 

8、接近有水或有稀泥的灌浆区时； 

9、采掘地点受顶底板承压含水层的威胁，其岩柱厚度小于计算的安全值时。

二、组织措施

成立防治水工作领导小组，矿长任组长，各个生产安全副矿长任副组长

各个科室管理人员及各井队队长为成员，办公室设在地测科，由地质管理人员负责日常工作。

根据国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局编制的《煤矿防治水规定》：

煤矿企业、矿井的主要负责人（组长）是我矿防治水工作的第一责任人，总工程师具体负责防治水工作的技术管理；安全矿长负责防治水安全技术措施的实施监督工作；机电矿长负责防治水设备管理、调配工作；生产矿长负责探放水的组织施工管理工作。

成员负责各职责范围内的具体工作。

三、探放水安全技术措施

（一）必须坚持“预报预测，有疑必探，先探后掘。

”的原则，结合本公司的实际情况采取探、防、堵、截、排的措施。

各掘进巷道在施工掘进前必须查清预掘巷道水文地质情况后方可掘进施工，及时对掘进工作面进行水文观测，如预测前方存在水害威胁，必须对水害威胁区域进行钻探，进行探放水，防止水害事故发生。

（二）探放水（钻探）水源性质、钻机型号、钻具配备。

水源性质：

预计水源性质主要为可疑水。

钻机型号：

ZDY—2300型探水钻

钻具配备：

Ф63mm钻杆，300根计240m，泥浆泵1台，Ф94mm合金钻头3个及钻具1套。

（三）探放水前的准备工作

1、在组织施工前，要求施工单位将打钻所需的材料及工具，设备准备到位，不能因为准备工作的原因而影响施工。

2、钻机及其附属设施及各部件间连接要牢固可靠，并在每次使用前检查，确保施工的安全。

3、每次开钻前，检查钻杆接头的牢固情况，严防脱钻事故的发生；钻杆要达到不堵塞、不弯曲、丝口不磨损。

4、在组织施工前，要求施工人员对钻机附近10米范围内的巷道支护进行检查，发现巷道支护受损的及时处理并加强支护，并打好立柱和挡板。

5、保持钻场有足够的安全空间，便于施工。

6、在巷道低洼处非人行侧及时挖好临时排水沟，将打钻用过的废水引排到主排水沟，确保排水畅通无阻。

7、在打钻地点附近10m范围内安设专用电话及报警装置，并保证随时与调度室联系。

8、技术人员和防探放水人员必须亲临现场，依据设计，确定探水钻孔位置、方位，深度以及钻孔数目。

9、带班队干和当班安全员、瓦斯员必须在探放水地点监督安全和随时检查空气成分。

如果瓦斯浓度超过1%或其他有害气体浓度超过《煤矿安全规程》第一百条规定时，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。

（四）探放水设计

1、超前距离的计算：

a=0.5AL×（3P/Kp）1/2

式中：

a--超前距离（m）

L--巷道的跨度，宽或高，取其最大者（m），

Kp--煤的抗张强度（Mpa）

P--水头压力（Mpa）

A--安全系数，一般取2－5，本设计取最大值：

5

a=0.5×5×3.2×（3×20/10）1/2=0.5×5×4.2×2.45=25.7（m）

a实＝30m>25.7m

据此，超前距取30m。

2、单孔深度：

120m（Ф89mm孔120m）。

采用合金钻头钻进，开孔直径Ф89mm，嵌入止水套管，止水套管长度不得小于10m，止水套管与钻空间隙用混凝土注浆封堵，封堵凝固后（凝固时间为48小时）。

止水套管外口焊接高压阀兰盘，阀兰盘外连接压力表的短节，短节外接高压闸阀。

3、钻孔参数的确定：

（1）钻孔个数：

5个（1#、2#、3#、4#、5#），1#孔为中心孔。

（2）钻孔直径：

94mm。

（3）布置方式：

钻孔沿岩层倾向呈扇形布置。

（4）在每个钻场地点做好标记，并挂牌管理。

4、允许掘进距离：

经探水证实无水害威胁，可安全掘进的距离：

探水中心钻孔深度（或5个钻孔的最小平距）减去30米，即120m－30m＝90m。

5、帮距：

为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离，布置的最外侧探水钻孔所控制的范围与巷道帮的距离取15米。

探放水钻孔布置示意图：

（图1）

（图2）

（图3）

（五）、安钻探水前的技术要求：

1、安钻地点与积水区间距小于探水规定的超前距，或有突水征兆时，应在采取加固措施或用水闸墙封闭后，另找安全地点探放水。

2、钻窝应避免设在断层带或松软岩层内。

3、钻机安装必须平稳牢固。

安好钻机接电时，要严格执行停送电制度。

4、清理排水沟，清理巷道并挂好风筒、电缆、管道等。

5、确认排水系统安全可能，能按设计需要排水。

（六）探水施工中的技术要求：

1、钻进时应准确判别煤、岩层厚度并记录换层深度。

一般每钻进10m或更换钻具时，测量一次钻杆并核实孔深，终孔前再复核一次。

2、钻进时，发现岩石松软、片帮、来压或孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等现象时，必须立即停钻，记录其孔深并同时将钻杆固定，不得盲目取出钻杆。

要立即向矿调度室汇报，及时采取措施，进行处理。

3、钻进中发现有害气体喷出时，应立即停止钻进、切断电源，将人员撤到有新鲜风流的地点、报告矿调度室，采取措施进行处理。

4、钻孔内水压过大或喷高压水时，禁止人员直对钻杆站立，及时关闭高压止水闸阀，现场人员撤离到安全地带，并及时报告调度室，采取措施进行放水。

（七）探放水的技术要求：

1、钻孔流程：

大直径钻孔→安装止水套管、闸阀→小直径钻孔至终孔位置。

2、钻孔探到水后，及时关闭闸阀，观测水压、水质、水量和估计积水量或补给量。

根据矿井排水能力及水仓容量，控制放水孔的流量或调整排水能力，并清理水沟等。

3、加强放水地点的通风，增加有害气体的观测次数。

4、必须监视放水全过程，放水结束后，立即核算放水量与预计积水量的误差，查明原因。

（八）探放水的安全措施：

1、探水巷道中间不得有低洼积水段。

2、巷道必须在探水钻孔有效控制范围内掘进，探水孔的超前距、帮距及孔间距应符合设计要求。

每次探水后、掘进前，应在起点处设置标志，并建立挂牌允掘制度。

3、巷道支护应牢固，顶、帮背实，无高吊棚脚，倾斜巷有撑杆，使巷道有较强的抗水流冲击能力（若需支护的巷道）。

4、受水威胁地区的施工人员必须学习掌握报警信号及避灾路线。

5、探水巷道应加强出水征兆的观察，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掺水、水色发挥、有臭味等突水预兆时，立即停止施工，采取措施，并报告调度室，情况紧急时必须立即发出警报，撤出所有受水威胁地区的人员。

6、探放水人员必须按照批准的设计施工，未经审批单位允许，不得擅自改变设计。

7、避灾线路:

该巷道的避灾路线：

钻场→+2434m副平硐大巷→地面

8、其他未尽事宜的按《煤矿防治水规定》执行。

昂州煤矿面矿地测科

2018年3月5日