煤矿带压开采安全技术措施方案
整体解决方案系列
煤矿带压开采安全技术措
施
（标准、完整、实用、可修改）
编号：FS-QG-15664煤矿带压开采安全技术措施
Safety technical measures for coal mining under pressure
说明：为明确各负责人职责，充分调用工作积极性，使人员队伍与目标管理科学化、制度化、规范化，特此制定
一、矿井地质及水文地质概况
1.矿井地质概况
告成井田位于颖阳-芦店向斜的南翼东段，处在北西向的嵩山与五指岭平移断层之间，大部地段受到了芦店-大金店滑动构造的影响。
井田东南部大致以石淙河断层(郜f1)为界，北部以翟门断层(郜f5)为界，东北部始于一1煤层露头。
告成煤矿主要开采煤层为二叠系山西组二1煤层，煤层平均厚度为4.86m。煤层顶板大部分为滑动构造，滑动构造上盘位于朝阳沟背斜的南翼，基本为一单斜构造。以朝阳沟河为界，以东地层呈北东走向，倾向北西，倾角8~32°，与下盘地层产状基本一致。朝阳沟河以西，地层走向近东西，倾向南偏西，地层倾角10~49°，与下盘地层相对而倾。
因受滑动构造影响，告成矿地质构造较为复杂。据勘探资料显示本井田落差大于100m的断层3条，50~100m的1条，30~50m的1条，小于30m的12条。25采区目前新发现落差介于5~20m的断层3条，对煤层开采影响较大。
2.矿井水文地质概况
告成井田位于颖阳-芦店向斜东段登封~告成水文地质区。该单元南北分别以箕山、嵩山两分水岭为界，西部和东北部分别以颖河与白降河、双洎河分水岭为界。从构造上为一不对称向斜，南翼地层出露完整，北翼被月湾断层破坏，构成阻水边界。
据现有资料分析，告成煤矿二1煤层主要为底板太原组上段灰岩岩溶充水及二1煤层顶板滑体构造破碎带及上覆碎屑岩类含水层的孔隙-裂隙水。各含水层以缓慢渗入为主，并且动态补给水量不够充分，随着埋深的增加补给条件变差，富水性变弱，因此告成煤矿顶、底板含水层虽有一定的补给水源，但补给条件一般。
告成煤矿二1煤层底板承压含水层为石炭系太原组l7-8灰岩、l1-4灰岩(l5-6灰岩不稳定)、o2灰岩含水层。其
中:
l7-8灰岩含水层为煤层底板直接充水含水层，厚度0~23.48m，平均厚度8.55m，距二1煤层平均为11.4m，岩溶裂隙发育不均匀，富水性强，联通性差，补给水源不足，易疏干，对矿井开采影响小，通常是矿井的疏放对象;
l1-4灰岩含水层，厚度13.51~31.82m，平均厚度22.09m。该含水层富水、导水性强，为一1煤层顶板直接充水含水层，距二1煤层底平均50.03m，为二1煤层底板间接充水含水层;
o2灰岩含水层最大厚度48.50m，距二1煤层平均为81.62m，岩溶裂隙发育，富水性好，连通性较好，为矿井间接充水含水层，是矿井充水主要的补给水源。
目前我矿有3个o2水文观测孔，井3不能正常观测，其中井1、井2水位标高为+168m、+159.5m，矿井采掘最低标高为-600m，远低于o2水位，因此属于承压水带压开采。
自告成矿建矿以来，建井十年来矿井平均涌水量为665m3/h，近三年来平均涌水量为937.6m3/h，最大矿井涌水量为1121.7m3/h。原因是由于我矿加强顶板水疏放工作，造
成近三年平均矿井涌水量偏大。
涌水水源的构成:从1999年建矿前三年主要是l7-8灰岩水，随着人为对顶板水合底板l7-8灰岩水的疏放，顶板水所占比例逐渐增大，20xx年以后顶板水约占60%，l7-8灰岩水约占30%，l1-4灰岩水约占10%。
据矿井开采资料统计，建井以来底板含水层突水27次，最大突水810m3/h(20xx年10月9日)，2007~20xx年矿井突水4次，全部为顶板突水。
二、二1煤层“带压开采”可行性计算
根据上述对矿井水文地质条件分析，依据《煤矿防治水规定》下面对l1-4灰岩含水层进行带压开采评价。
(一)安全隔水层厚度和突水系数计算公式:
1、安全隔水层厚度计算公式:
(该公式适用于掘进工作面)①
式中:-安全隔水层厚度，m;
-底板隔水层的平均抗拉强度，mpa。取4mpa;
l-巷道底板宽度，m;
γ-底板隔水层的平均重度，mn/m3。取值为
0.0265(mn/m3);
p-底板隔水层承受的水头压力，mpa。
根据《煤矿防治水规定》之规定，以上式计算出的安全隔水层厚度，与矿井实际隔水层厚度比较:
(1)实际的底板隔水层厚度大于安全隔水层厚度，则可认为是安全的，一般可正常采掘;但在岩石破碎地段，要采取一定的安全措施;
(2)实际的底板隔水层厚度小于安全隔水层厚度，则可认为是不安全的，要保证安全生产，必须采取安全措施。
2、突水系数计算公式:
②
式中:t-突水系数，mpa/m;
p-底板隔水层承受的水头压力，mpa;
m-底板隔水层厚度，m。
计算实际突水系数值t与本矿区临界突水系数值t临进行比较。根据《煤矿防治水规定》，在具有构造破坏的地段临界突水系数值t临取0.06mpa/m，正常块段t临取0.01mpa/m。
(二)根据以上公式分别计算t、t
(1)参数确定
二1煤底板以下主要隔水岩性多为泥岩、砂质泥岩及砂岩，结合现有开采情况，依据《告成煤矿地质报告》公式中主要参数分别为:
t实:实际隔水层厚度为50.03m(取本矿区隔水层平均厚度);
kp:煤层底板隔水层平均抗拉强度0.4mpa;
l:分别为5.0m(巷道宽度);
h实:取600+50.03+168)=8.18mpa(矿井最低开采标高为-600m);
:取底板隔水层岩石平均容重0.0265mn/m3。
m:底板隔水层实际厚度(m)，同t实。
1、掘进巷道t计算:
(1)安全隔水层厚度计算
①当在二1煤层中掘进时，l取5.0m，h实取8.18mpa，t实=50.03m代入公式(1)计算得:
t=5.02m
②当在l7-8灰岩中掘进时，l取5.0m，h实取8.18mpa，
t实=32m代入公式(1)计算得:
t=5.02m
符合第⑴种情况，即巷道掘进是安全的。
2、采煤工作面:
突水系数t计算
矿井二1煤开采最低标高为-600m，p取8.18mpa，m=50.03m，代入公式二计算得:
t=0.164mpa/m
根据《煤矿防治水规定》和郑州矿区实际生产经验，该系数大于0.1mpa/m，存在突水危险。
再根据公式二进行反算，结果如下:
①当t=0.06mpa/m时，p=3.002mpa，根据《煤矿防治水规定》，即开采-82.17m标高以上的二1煤层，比较安全，基本不受底板水的威胁。
②当t=0.1mpa/m时，p=5.003mpa，根据《煤矿防治水规定》，即开采-282m标高以上的二1煤层时，存在突水危险;在-282~-82.17m标高之间的正常块段开采二1煤层时，受突水威胁不严重。
③当t>0.1mpa/m时，p>5.003mpa，开采-282m标高以下二1煤层时，严重受水害威胁。
三、结论
通过以上论述和计算结果，结合l1-4灰岩和o2灰岩的水文地质特征、结合我矿水文地质类型等区域水文地质条件，按照《煤矿安全规程》第269、270、271、272条以及《煤矿防治水规定》第72、73、74、75、76、77、78、79条的规定，综合分析后认为:
1、对l7-8灰岩，在采掘过程中采取施工疏水巷及疏水钻孔，尽快疏放l7-8灰水;
2、对l1-4灰岩和o2灰岩强含水层，由于水头较高，水压较大，因此治理时应以堵为主，即通过底板超前预注浆改造来充填构造和岩溶裂隙、增加隔水层的厚度和抗压强度，从而达到防治底板突水的目的。
综上所述，虽然l1-4+o2灰岩底板高承压含水层均存在突水可能，但按照“物探先行，钻探验证，先探后掘，先治后采”的原则进行治理，只要设计合理，措施得当，切实贯彻落实到位，不仅能满足安全生产的需要，又比较符合目前