中长期防治水规划.doc

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织金县安桂良煤矿

中
长
期
防
治
水
规
划

编 制: 刘绍云
审 核: 刘为伟
安全矿长: 王荣生
生产矿长: 吴开元
矿 长: 陈德意

5 月 29日

安桂良煤矿中长期防治水规划
一、 矿区慨况
1、 交通位置地形地貌
安桂良煤矿行政区划隶属于贵州省织金县三塘镇。地理坐标为: 东经105°29′26″~105°30′14″, 北纬26°25′26″~26°39′22″。距三塘18km, 距织金县城50km, 距贵昆铁路六枝火车发运站98km。有简易公路通往矿区, 交通较为方便。
安桂良煤矿矿区面积为1.3589km2, 属扩能扩界技改建设矿井, 设计生产规模15万吨/年。建井工期24个月, 预计 8月底建成投产。
矿区属云贵高原中高山侵蚀、 剥蚀地貌, 地势东高西低, 海拔较高, 最高点位于矿区北缘沙子井北侧山坡, 海拔2219.5m, 最低点位于矿区南侧溪沟出口, 海拔1815m, 相对高差405m, 矿区侵蚀基准面标高约为1800m。
矿区总体上属中等高山地貌, 矿区内主要地层为龙潭煤系地层,形成较平缓的斜坡, 植被较发育。
2、 气象水系
矿区属亚热带温和湿润气候, 四季分明, 雨量充沛, 冬无严寒, 夏无酷暑。气温四季变化不大。年平均降雨量1438.31mm, 六月份为最多月, 平均225.0mm, 12月份最少, 平均22.7mm; 6—8月最集中, 占全年降雨量的48%。年蒸发量1200—1606.5mm, 相对湿度81%, 冬季有短期霜雪和凝冻。矿区内溪沟较发育, 且多呈树技状分布,切割较深,沟水流量变化较大, 雨季常发生山洪, 枯季流量小至干涸,动态变化显著。区内含煤岩系为龙潭系地层, 岩性多为泥岩、 粉砂岩, 砂岩, 有一定的隔水性, 大气降水不易渗入地下, 地表水系不发育, 矿区地表水大多为”V”型冲沟水。冲沟流程短, 流量受季节性控制明显, 大多在雨季时增大, 旱季时减小甚至干涸。一般小于2L/s。
二、 矿井水文地质基本情况
( 一) 水文地质资料
1、 矿井水文地质类型及变化规律。
矿区内溪沟较发育, 且多呈树技状分布,切割较深,沟水流量变化较大, 雨季常发生山洪, 枯季流量小至干涸,动态变化显著。区内龙潭系煤系地层, 岩性多为泥岩、 粉砂岩, 砂岩, 有一定的隔水性, 大气降水不易渗入地下, 地表水系不发育, 矿区地表水大多为”V”型冲沟水。冲沟流程短, 流量受季节性控制明显, 大多在雨季时增大, 旱季时减小甚至干涸。一般小于2L/s。
矿井最低侵蚀基准面标高为+1800m。
根据各含隔水层水文地质特征、 断层导水性及动态变化特征, 区内地下水补给来源主要为大气降水, 地表水及地下水排泄条件良好, 准采标高+2120 — +1800m, 高于侵蚀基准面( 本区最低侵蚀基准面1800m) 。另矿区有一条地表河流( 溪沟) 横穿区内所有地层, 因此地下水的补给来源呈多样化。
综上所述,水文地质条件中等至复杂类型。
2、 断层、 裂隙、 陷落柱等构造的导水性
矿区位于三塘向斜北西翼, 为单斜构造, 倾角10～35°, 一般为18～20°, 断层、 褶曲不发育, 构造复杂程度为简单。
本矿现阶段地质勘查程度不高, 断层、 裂隙、 陷落柱等构造需进一步勘查, 以便核实其分布和导水性。矿区断层破坏了地层的完整性、 连续性, 降低了岩石的力学强度, 塑性岩石中断层破碎带含水性和导水性不强, 刚性岩石中断层破碎带有一定含水性和导水性, 可能连通含煤地层上部的中强含水层或地表水, 加之未来矿床开采必然会导致采空区域地表出现大量裂隙, 改变了断层带附近应力场和地下水的天然流场, 地表水、 地下水更可能沿断裂带进入矿井。
3、 小窑开采情况
( 1) 、 小窑边界和积水量
区内采煤历史悠久。长期以来, 一些小煤窑分布于可采煤层露头线及其附近, 规模小, 季节性开采。区内小窑所采煤层主要为Ｍ14、 Ｍ16煤层, 均在浅部地区开采, 垂距不超过50m, 其积水量初步估计为5000吨左右。现非法开采小煤窑已经全部关闭。
( 2) 、 老空边界和积水量
安桂良煤矿于1997年筹建, 建成初期生产技术很落后, 靠人工背矿, 年产0.1～0.2万吨, 技术整改, 3月整改后投产, 产出5000吨, 至今煤矿进行技改, 达年产量6万吨。
因此, 矿井在开采地表处煤层可能受过去老窑开采影响。采空区位于扩能扩界后矿井的西北部, 采空区面积2.32万m2, 其积水量初步估计为15000- 0吨。
( 二) 矿井正常涌水量和最大涌水量
1、 矿井实际涌水量
根据贵州省煤田地质局地质勘察研究院 8月提交的《贵州省织金县安桂良煤矿资源/储量核实报告》, 矿井正常涌水量约10 m3/h, 最大涌水量35 m3/h。雨季涌水量增大, 且随着采空面积的增大, 以及裂隙与含水层的勾通程度增加, 其涌水量也将增大。
2、 矿井涌水量预测
根据该矿提供的现状开采条件涌水量实测资料, 采用比拟法进行估算未开采区域的矿井涌水量

式中:
Q---预测矿井涌水量( m3/h)
Q1—矿井现状实测涌水量( m3/h)
F---矿区开采面积(km2)
F1—现状矿井实际开采面积(km2)
S---预测矿区未来开采深度(m)
S1—矿区现状开采深度(m)
本矿井涌水量预计成果表
矿井涌水量预计成果表
矿区开采面积
(km2)
矿区开采深度
(m)
实测矿井涌水量
( m3/h)
预测矿井涌水量
( m3/h)
F1
F
S1
S
Q1最小
Q1最大
Q最小
Q最大
0.0566
1.3589
250
337
10
35
55
90
根据计算结果, 考虑一定的富裕量, 矿井未来预测矿井正常涌水量55m3/h, 最大涌水量90m3/h。
二、 水患类型及威胁程度
1、 水患类型
( 1) 、 地表冲沟水
冲沟水沿途接受泉水及煤窑水补给, 雨季还有较大面积大气降水汇入, 水量较大, 这些冲沟多位于含煤地层露头地带, 冲沟附近的网状、 脉状裂隙密集, 它们与煤层风化、 氧化带直接接触, 将来沿沟溪一带开采煤层时, 冲沟水可能沿风化裂隙或采矿裂隙渗入或突入矿井, 为矿井浅部开采的直接充水水源。
( 2) ．第四系孔隙水
岩石松散, 透水性较强, 特别在雨季水量猛增, 对煤矿开采影响较大。
( 3) 、 老窑采空区积水
老窑内存在着一定的积水, 是浅部矿井开采的重要充水因素, 在开采浅部煤层时, 采空区积水易渗入矿井而成为矿井直接充水水源。
2、 地下水导水通道
( 1) 岩石天然节理裂隙
矿区内的二迭统龙潭组含煤地层在接近地表附近, 岩石风化节理、 裂隙很发育, 而深部则发育成岩或构造节理、 裂隙, 特别是内部菱铁质细砂岩等脆性岩石更为发育, 它们是地下水活动的良好通道, 并沟通上覆含水层与含煤地层的水力联系。
( 2) 、 人为采矿冒落裂隙
未来的采煤活动将产生大量的采矿裂隙, 这些人为裂隙也会沟通上覆含水层与含煤地层的水力联系, 成为地下水活动的良好通道。
(3)、 断层破碎带
矿区断层破坏了地层的完整性、 连续性, 降低了岩石的力学强度, 塑性岩石中断层破碎带含水性和导水性不强, 刚性岩石中断层破碎带有一定含水性和导水性, 可能连通含煤地层上部的中强含水层或地表水, 加之未来矿床开采中, 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、 地下水更可能沿断裂带进入矿井
( 4) 、 老窑采空区
矿区内老窑, 其废弃采面或巷道会成为老窑水、 采空区积水、 部分地表水进入矿井的通道。当矿山进行生产时, 在生产矿井掘进过程中, 若沟通老窑积水, 会形成老窑突水, 当突水量较大时, 将产生老窑积水淹没矿井、 冲毁矿井的采矿设备、 造成人生伤亡及财产损失的安全事故。
3、 主要含水层富水性和突水点水量的预计
矿区内矿床含水岩层主要为长兴组+大隆组( P3c+d) : 长兴组为灰、 深灰色中厚层至厚层含燧石团块生物屑灰岩夹灰绿色钙质粉砂岩及粘土岩, 上部含一薄煤层( M1) 。厚29mm。与下伏龙潭组整合接触, 大隆组为由黑灰色薄至中厚层硅质岩夹数层黄绿色玻屑凝灰岩组成。硅质岩单成厚0.15～0.25m, 硬而脆, 菱面体节理发育。厚度3.2～8.31m, 一般5.5m, 与下伏长兴组整合接触。
第四系(Q)为弱含水层, 主要为坡积、 残积亚粘土、 粘土及冲洪积砂、 砾石等松散沉积物。分布于地势较低洼或较平坦的地段。一般厚0～10m。仅含微弱孔隙潜水。总体上该层为孔隙弱含水层。在矿区分布较广, 有一定的蓄水量, 对煤矿开采有影响。
三、 矿井水文安全条件评价
1.对水文地质基础资料来源及可靠性评价
根据《贵州省织金县安桂良煤矿资源/储量核实报告》, 其对区域水文地质情况、 地层的富水性、 矿井的充水进行了初步分析, 基本达到水文地质勘查要求, 对矿井的生产能起到一定的指导作用, 但其勘查程度需进一步加强。
2.水文勘探程度及存在问题
当前矿井地质勘测程度不高( 普查) , 需要对矿区内煤层赋存状况、 煤质、 水文地质情况、 瓦斯含量作进一步的布钻勘查, 以便深入了解老窑、 采空区范围, 加强断层导水和岩溶连通性调查研究工作, 以利于为煤矿安全生产及安全管理提供切实可行的依据, 确保井上、 井下人民生命财产安全不受威胁。
四、 矿井防治水中长期规划
( 一) 、 矿井开拓工程位置及层位选择
1.本矿采用斜井开拓。主斜井开口于32煤层顶板岩层中, 17°倾角按350°方位角穿过M32、 M27至M23煤层底板+1800m标高落平, 副斜井开口位置处于M27煤层底部岩层中, 掘进164m后进入M23煤层, 回风斜井开口于M27#煤层底部岩层中揭露23#煤层后沿煤层掘进施工至＋1800m水平落平。采用一个水平三个采区开拓全井田, 各区段采用运输石门、 回风石门和材料石门联络。
主斜井、 副平硐和回风斜井三个井筒均布置在工业广场东南面的半山坡上, 井口位置高于矿区历年最高洪水位, 不受汛期地表洪水威胁。
( 二) 、 防水安全煤柱留设
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工作面, 所留的煤( 岩) 柱就叫防水煤( 岩) 柱。
1、 防水煤( 岩) 柱的种类
根据防水煤( 岩) 柱所处的位置, 能够分成不同的种类。根据该矿井的实际情况, 需留设以下防水煤( 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煤柱; 当断层使煤层与强含水层接触或接近时, 为防止含水层溃入井下而留设的煤柱。
( 2) 、 导水钻孔防水煤柱
勘探阶段施工的钻孔, 往往能贯穿若干含水层, 若封孔质量不好, 则人为地沟通了原来没有水力联系的含水层, 使煤层开采的充水条件复杂化, 为防止上覆含水层中的水溃入井下而留设的煤柱称为钻孔防水煤柱。
2、 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, 导水性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, 常以下述计算公式计算煤柱宽度:
L＝0.5KM
式中: L——顺层防水煤柱宽度( m) ;
M——煤厚或采高( m) ,
KP——煤的抗张强度( kgf/cm2) , KP取10kgf/cm2;
P——水头压力( kgf/cm2) ,
P＝ΔH×γ=( -1800) ×10-1=20kgf/cm2;
K——安全系数, 一般取2～5, 本设计取5。
断层防水煤( 岩) 柱计算表6-2-1
序号
煤层
K
M( m)
P( kgf/cm2)
Kp( kgf/cm2)
L( m)
1
2
5
1.17
20
10
7.16
2
6
5
2.2
20
10
13.5
3
7
5
1.14
20
10
6.98
4
14
5
1.85
20
10
11.32
5
16
5
1.66
20
10
10.16
6
21
5
1.53
20
10
9.36
7
23
5
1.5
20
10
9.18
8
27
5
1.5
20
10
9.18
9
32
5
0.89
20
10
5.45
根据上述计算, 开采各煤层断层两侧煤层时均留20m防水煤柱。
( 2) 、 导水钻孔防水煤柱的留设
当发现导水钻孔, 即按下列方法留设防水柱水煤柱。
当导水钻孔的位置比较确切, 有测斜资料能够定位, 但地面启封和井下探查处理都有困难时, 按下述公式留设防水煤柱:
L＝0.5KB
式中: L——防水煤柱宽度( m) ;
B——巷道的跨度( 宽或高取其大者) ( m) , B＝3m;
KP——煤的抗张强度( kgf/cm2) , KP＝10kgf/cm2;
P——水头压力( kgf/cm2) ,
P＝ΔH×γ=( -1800) ×10-1=20kgf/cm2;
K——安全系数, 一般取2～5, 本设计取4。
则: L＝0.5×4×3＝14.7( m)
用上式计算后, 再用下式计算结果进行校正。取其大值为半径, 以钻孔中心点为圆心, 所得圆面积即为导水钻孔的防水煤柱。
L＝Hcosα+F
式中: L——导水钻孔防水煤柱厚度( m) ;
H——导水裂隙带高度( m) ;
α——岩层塌陷角( °) ;
F——钻孔偏离系数。
( 3) 、 相邻水平或采区边界防水煤( 岩) 柱的留设
可用下述公式计算煤柱宽度:
L＝0.5KM
式中: L——顺层防水煤柱宽度( m) ;
M——煤厚或采高( m) ,
KP——煤的抗张强度( kgf/cm2) , KP＝10kgf/cm2;
P——水头压力( kgf/cm2) ,
P＝ΔH×γ=( -1800) ×10-1=20kgf/cm2;
K——安全系数, 本设计取5。
相邻水平或采区边界防水煤( 岩) 柱6-2-2
序号
煤层
K
M( m)
P( kgf/cm2)
Kp( kgf/cm2)
L( m)
1
2
5
1.17
20
10
7.16
2
6
5
2.2
20
10
13.5
3
7
5
1.14
20
10
6.98
4
14
5
1.85
20
10
11.32
5
16
5
1.66
20
10
10.16
6
21
5
1.53
20
10
9.36
7
23
5
1.5
20
10
9.18
8
27
5
1.5
20
10
9.18
9
32
5
0.89
20
10
5.45
根据上述公式, 经计算并结合实际情况确定, 相邻水平或采区边界, 开采各煤层时均留25m防水煤柱。
( 4) 、 水淹区或老窑积水区防水煤柱
用下述公式计算煤柱宽度:
L＝KM
式中: L——顺层防水煤柱宽度( m) ;
M——煤厚或采高( m) ,
KP——煤的抗张强度( kgf/cm2) , KP＝10kgf/cm2;
P——水头压力( kgf/cm2) ,
P＝ΔH×γ=( -1800) ×10-1=20kgf/cm2;
K——安全系数, 一般取1～2.5, 本设计取2.5。
水淹区或老窑积水区防水煤柱6-2-3
序号
煤层
K
M( m)
P( kgf/cm2)
Kp( kgf/cm2)
L( m)
1
2
2.5
1.17
20
10
7.16
2
6
2.5
2.2
20
10
13.5
3
7
2.5
1.14
20
10
6.98
4
14
2.5
1.85
20
10
11.32
5
16
2.5
1.66
20
10
10.16
6
21
2.5
1.53
20
10
9.36
7
23
2.5
1.5
20
10
9.18
8
27
2.5
1.5
20
10
9.18
9
32
2.5
0.89
20
10
5.45
计算方法考虑到巷道与水体之间的最小距离不得小于巷道高度的10倍, 即L≥10×2.6=26m; 防水煤柱的尺寸不得小于导水裂隙带最大高度与保护带厚度之和,即L≥20+20=40m; 必须满足邻近层开采后顶底板裂隙不贯通采空区, 即L≥40m。
根据上述公式, 经计算并结合实际情况确定, 开采各煤层时均留40m防水煤柱。
( 5) 、 矿井边界防水煤( 岩) 柱的留设
可用下述公式计算煤柱宽度:
L＝KM
式中: L——顺层防水煤柱宽度( m) ;
M——煤厚或采高( m) ,
KP——煤的抗张强度( kgf/cm2) , KP＝10kgf/cm2;
P——水头压力( kgf/cm2) ,
P＝ΔH×γ=( -1800) ×10-1=20kgf/cm2;
K——安全系数, 一般取2～5, 本设计取5。
矿井边界防水煤( 岩) 柱的留设6-2-4
序号
煤层
K
M( m)
P( kgf/cm2)
Kp( kgf/cm2)
L( m)
1
2
5
1.17
20
10
14.32
2
6
5
2.2
20
10
27
3
7
5
1.14
20
10
13.96
4
14
5
1.85
20
10
22.64
5
16
5
1.66
20
10
20.32
6
21
5
1.53
20
10
18.72
7
23
5
1.5
20
10
18.36
8
27
5
1.5
20
10
18.36
9
32
5
0.89
20
10
10.9
根据上述公式, 经计算并结合实际情况确定, 开采各煤层时均留25m防水煤柱。
( 6) 、 井筒及工业场地防水煤柱的留设
地面工业场地、 主要井筒保护煤柱沿煤层走向方向岩石移动角及上山移动角按65°、 下山移动角按73°计算,
( 7) 、 露头及风氧化带煤柱的留设
可用下述公式计算煤柱宽度:
L＝0.5KM
式中: L——顺层防水煤柱宽度( m) ;
M——煤厚或采高( m) ,
KP——煤的抗张强度( kgf/cm2) , KP＝10kgf/cm2;
P——水头压力( kgf/cm2) ,
P＝ΔH×γ=( -1800) ×10-1=20kgf/cm2;
K——安全系数, 本设计取5。
露头及风氧化带防水煤( 岩) 柱6-2-5
序号
煤层
K
M( m)
P( kgf/cm2)
Kp( kgf/cm2)
L( m)
1
2
5
1.17
20
10
7.16
2
6
5
2.2
20
10
13.5
3
7
5
1.14
20
10
6.98
4
14
5
1.85
20
10
11.32
5
16
5
1.66
20
10
10.16
6
21
5
1.53
20
10
9.36
7
23
5
1.5
20
10
9.18
8
27
5
1.5
20
10
9.18
9
32
5
0.89
20
10
5.45
根据上述公式, 经计算并结合实际情况确定, 开采各煤层时均留20m防水煤柱。
( 8) 、 河流防水煤柱
矿区有一条地表河流( 溪沟) 横穿区内所有地层, 但由于是季节性溪沟, 流量小, 且位于矿区西部边界, 因此对矿井的开采影响较小, 河流煤柱的留设采用10m的防护带和74°的移动角计算确定。
根据上述公式, 经计算并结合实际情况确定, 开采各煤层时均留20m防水煤柱。
防水安全煤柱的宽度参见下表。
各种煤( 岩) 柱尺寸表
序号
名称
各煤层( m)
备注
1
断层煤( 岩) 柱
20

2
相邻水平或采区边界防水煤( 岩) 柱
25

3
导水钻孔防水煤柱
20

4
井筒及工业场地防水煤柱
20

5
露头及风氧化带煤柱的留设
20

6
水淹区或老窑积水区防水煤柱
40

7
矿井边界防水煤( 岩) 柱
25

8
河流防水煤( 岩) 柱
40

( 三) 、 采掘工程所采取的防治水规划及措施
1) 坚持”预测预报、 有掘必探、 先探后掘、 先治后采”的原则, 做到”有疑必停”。
2) 定期收集、 调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况, 并在井上、 下对照图上标出其位置、 开采范围、 开采年限、 积水情况等。
3) 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”综合防治措施。
4) 井巷在掘进过程中必须先探后掘, 掌握前方及上方采空区的水文情况, 若发现有水患时, 应及时采取措施, 待确定安全后再向前掘进, 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。
5) 在采掘工作面或其它地点发现有挂红、 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。
6) 井下和地面排水设施保证完好, 井下主、 副水仓、 沉淀池、 水沟要及时进行清理, 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。
7) 应加强对地面小窑、 老窑的调查并标注在实测的采掘工程图中, 划定其探放水红线, 在接近探放水线时, 必须采取探放水措施。
8) 必须先查清矿区及其附近地面水流系统的汇水、 渗漏情况, 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。
9) 工业场地内建筑物, 必须修筑防洪沟渠或采取其它防、 排水措施。
10) 鉴于井口附近及塌陷区内的地表水体有可能溃入井下, 因此, 应遵守下列规定:
①严禁开采煤层露头线的防水煤柱。
②容易积水的地点应修筑沟渠排泄积水。修筑沟渠时, 应避开露头、 裂隙和导水岩层, 特别是低洼地点不能修筑沟渠排水时, 应填平压实, 防止积水进入井下。
③排到地面的矿井水, 必须妥善处理, 避免再次渗入井下。
④对漏水的排洪沟, 应及时堵漏, 地面裂缝和塌陷必须填塞, 填塞工作必须有安全措施, 防止人员陷入塌陷坑内。
11) 防止地面旱塘积水溃入井下的措施:
①在旱塘下面施工之前, 先将旱塘积水排干, 并用浮土或矸石将旱塘充填、 夯实, 保证旱塘不积水。
②在旱塘下面施工时, 严禁放大炮, 必须放小炮, 防止放炮振动产生裂隙导通地面旱塘。
③对旱塘必须留设保护煤柱, 并在图上标明保护煤柱线和停采线, 采煤工作面回采时, 严禁跨越停采线和保护煤柱线回采。
④在旱塘前后20m的巷道必须加强支护。
⑤在旱塘下面施工尽量选择在旱季。
12) 该矿开采深度为+1800m—+ m, 最低侵蚀基准面标高为+1800m, 由此, 该矿煤层开采将位于最低侵蚀基准面以上。
( 四) 、 疏水降压规划及措施
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。
是否要采取疏水降压措施, 应根据该矿井的水文地质条件, 主要是要考虑矿井是否存在承压水及隔水层厚度等情况。综合考虑各方面的因素, 该矿暂不采用疏水降压措施。
( 五) 、 注浆堵水规划及措施
注浆堵水是指将注浆材料(水泥、 水玻璃、 化学材料以及粘土、 砂、 砾石等)制成浆液, 压人地下预定位置, 使其扩张固结、 硬化, 起到堵水截流, 加固岩层和消除水患的作用。
注浆堵水是防治矿井水害的有效手段之一, 当前国内外已广泛应用于: 井筒开凿及成井后的注浆; 截源堵水; 减少矿坑涌水量; 封堵充水通道恢复被淹矿井或采区; 巷道注浆, 保障井巷穿越含水层(带)等。
注浆堵水在矿山生产中的应用方法有5种:
(1)井筒注浆堵水。在矿山基建开拓阶段, 井筒开凿必将破坏含水层。为了顺利经过含水层, 或者成井后防治井壁漏水, 可采用注浆堵水方法。按注浆施工与井筒施工的时间关系, 井筒注浆堵水又可分为: 井筒地面预注浆、 井筒工作面预注浆、 井筒井壁注浆。根据该矿实际情况, 可采用井筒井壁注浆。
(2)巷道注浆。当巷道需穿越裂隙发育、 富水性强的含水层时, 则巷道掘进可与探放水作业配合进行, 将探放水孔兼作注浆孔, 埋没孔口管后进行注浆堵水, 从而封闭了岩石裂隙或破碎带等充水通道, 减少矿坑涌水量, 使掘进作业条件得到改进, 掘进工效大为提高。
(3)注浆升压, 控制矿坑涌水量。当矿体有稳定的隔水顶底板存在时, 可用注浆封堵井下突水点, 并埋没孔口管, 安装闸阀的方法, 将地下水封闭在含水层中。当含水层中水压升高, 接近顶底板隔水层抗水压的临界值时(一般见突水系数表征), 则可开阀放水降压; 当需要减少矿井涌水量时(雨季、 隔水顶底板远未达到突水临界位、 排水系统出现故障等), 则关闭闸阀, 升压蓄水, 使大量地下水被封闭在含水层中, 促使地下水位回升, 缩小疏干半径, 从而降低了矿井排水量, 能够缓和以致防止地面塌陷等有害工程地质现象的发生。该矿可根据实际情况, 制定切实可行的措施实施。
(4)恢复被淹矿井。当矿井或采区被淹没后, 采用注浆堵水方法复井生产是行之有效的措施之一。注浆效果好坏的关键在于找准矿井或采区突水通道位置和充水水源。
(5)帷幕注浆。对具有丰富补给水源的大水矿区, 为了减少矿坑涌水量, 保障井下安全生产之目的, 可在矿区主要进水通道建造地下注浆帷幕, 切断充水通道, 将地下水堵截在矿区之外。不但减少矿坑涌水量, 又可避免矿区地面塌陷等工程地质问题的发生, 因此具有良好的发展前景。可是帷幕注浆工程量大, 基建投资多, 因此, 确定该方法防治地下水应十分审慎。该矿不具有丰富补给水源, 可不采用帷幕注浆。
( 六) 、 井下探放水计划及措施
1、 探放水原则
必须做好水害分析报告, 坚持”预测预报、 有掘必探、 先探后掘、 先治后采”的原则, 做到”有疑必停”。
矿井在开采过程中要严格按规定探查采空区和煤柱留设情况, 要留设足够的防水煤柱, 以防老窑突水。
区内有采煤历史。长期以来, 一些地方小煤窑分布于可采煤层露头附近, 形成的采空区较多。但其开采深度较浅。在工作中一定要收集有关资料, 确定小煤窑积水位置, 以防开采浅部煤层时和小窑、 老窑穿透而产生透水事故。
探水眼的布置和超前距离, 应根据水头高低、 煤( 岩) 层厚度和硬度以及安全措施等在探放水设计中具体规定。
探放水必须制定专项措施, 探放水应有专人统一指挥调度, 并应遵守以下规定:
( 1) 进行探放水施工作业前, 矿技术负责人必须结合探水巷道的实际, 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威胁时的避灾路线。
( 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。
3) 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置、 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置的方法钻进, 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) 探放老空水或采空区积水前, 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。
( 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。
2、 探放水设备选择
1) 探放水设备选择依据
矿井用一个采煤工作面保证矿井年生产能力, 配备2个掘进工作面。
2) 探放水设备及数量
配备ZYG-150探水钻4台, 3台工作, 1台备用。
3) 老窑积水的防治
为防止浅部的老窑积水威胁矿井的安全, 采面主要留浅部防老窑水防水安全煤( 岩) 柱和井田边界煤柱。根据有关规定进行计算, 该矿井防止老窑积水煤柱留设宽度不得小于40m, 边界防水煤柱的留设宽度为25m。
( 七) 、 井下防治水安全设施
1、 排水方式
本矿为斜井开拓, 在+1800m标高布置主、 副水仓, 并建水泵房集中排水, 排水管道经轨道下山将井下涌水直接经轨道下山排至副平硐经排水沟排出地面。
2、 设计依据
( 1) 预测正常涌水量: Q正＝55m3/h, 最大涌水量: Q大＝90m3/h;
( 2) 排水垂高: 183m;
3、 选型计算结果
( 1) 正常和最大涌水量时, 工作水泵的最小排水能力:
所需水泵最小流量QB:
QB＝24Qr/20
＝1.2Qr
＝1.2×55
＝66( m3/h)
式中: Qr——矿井正常涌水量, 55m3/h。
所需水泵最大流量QBm:
QBm＝24Qrm/20
＝1.2Qrm
＝1.2×90
＝108( m3/h)
式中: Qrm——矿井最大涌水量, 90m3/h。
( 2) 计算水泵所需扬程为:
HB＝1.25( Hp+H吸)
＝1.25×(183+5)
＝235(m)
式中: Hp——排水高度, 183m;
H吸——吸水高度, 5m;
1.25——管道阻力系数, 取1.25。
选用D85-45×6型水泵3台, 流量85m3/h, 扬程270m。正常涌水时1台工作, 1台备用, 1台检修, 最大涌水时2台工作, 配套电动机为90kW矿用防爆电动机。
( 3) 排水管:
①排水管路趟数的确定
根据设计规范要求, 设置两趟管路, 一趟工作, 一趟备用。
②管径计算
d＝[4Q/(3600πV)]1/2
＝[4×85／(3600×3.14×1.9)]1/2
＝0.126 (m)
式中: d——排水管内径(m)
Q——经过管路的流量m3/h
V——管中流速, 取经济流速1.9m/s
选用内径为DN130的无缝钢管排水管二趟, 一趟工作, 一趟备用。
③管壁厚度的验算

=
=0.25cm
式中:
P—管子内部水的压力kgf/cm2, 18.3kgf/cm2;
Dg—管子内径cm, 13cm;
Rk—许用应力, kgf/cm2, 对无缝钢管为800 kgf/cm2;
a—考虑管路受腐蚀及管路制造误差时的附加厚度, cm, 对于钢管取0.1-0.2cm; 本次取0.1cm;
经验算, 选用内径为φ130×4, 壁厚4mm的钢管排水管合理。
4、 水仓
1) 水仓容积
根据设计规范, 水仓容积:
V=8Q正常=8×55=440m3
2) 水仓断面及支护型式
根据巷道围岩情况, 水仓采用砌碹支护, 掘进断面积6.6m3, 净断面积5.9m2。
3) 水仓长度
水仓长度: L=V/S=440/5.9=74.6m
设置两个水仓, 一个主水仓, 长度50m, 容量295m3; 一个副水仓, 长度30m, 容量177m3, 以便一个水仓清理时, 另一个水仓能正常使用。
水泵房掘进断面6.6m2, 净断面5.9m2, 长度30m, 采用砌碹支护。
4) 水泵房布置及安全出口设计
井下中央水泵房设计必须符合煤矿安全规程的规定。水泵、 水管、 闸阀、 排水用的配电设备和输电线路, 必须经常检查和维护。在每年雨季以前, 必须全面检修1次, 并对全部工作水泵和备用水泵进行1次联合排水试验, 发现问题, 及时处理。水仓、 沉淀池和水沟中的淤泥, 应及时清理, 每年雨季前必须清理1次。水泵房底板高于+1800m车场轨面0.5m, 主要泵房至少有2个安全出口: 一个与井底车场相通, 应设置经常关闭的既能防水又能防火的密闭门一道; 另一个与轨道下山相通, 且高出泵房底板7m,必须安设铁栅栏门一道及警示牌。在出口通路内, 应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。泵房和水仓的连接通道, 应设置可靠的控制闸门。主要水仓必须有主仓和副仓, 当一个水仓清理时, 另一个水仓能正常使用。
5、 排水管路敷设时应采取的必要措施
煤矿井下条件复杂, 如巷道变形、 坡度变化和矿内空气湿度大、 易腐蚀管路等, 都不利于管路的敷设、 安装和维护。为此, 在敷设管路时, 为保证敷设质量, 应采取必要的措施。
（1） 为了防止管路锈蚀, 安装前应对管内外涂抹防腐剂。防腐材料可用经过热处理的沥青、 油漆和红丹等。
（2） 在敷设倾斜管路时, 为了防止管路下滑, 应采用管卡将管路固定在巷道支架上。卡间距根据巷道倾角而定, 一般α≤30°时, 为15-20m。
（3） 管路敷设应尽量将管路敷设平直, 坡度一致, 尽量减少弯头、 气门等附属管件, 避免急转弯。
（4） 敷设运输巷道的管路时, 应将其牢固地悬挂( 或架) 在专用支架上, 且管路高度应不小于1.8m,