晋中紫金煤业有限公司带压开采设计

目 录

一、基建井矿井设计及基建概况

1、采区概况

2、矿井地质与水文地质 3、6#煤一采区概况 二、首采区带压开采情况

1、奥灰水对6#煤层开采影响 2、导水通道对6#煤层开采影响 三、带压开采安全技术措施

1、地质保障措施 2、采矿保障措施 3、建立避灾系统 四、矿井排水

1、矿井涌水量 2、矿井排水系统 3、水仓布臵及容量 五、探放水措施

1、探放水原则 2、探放水方法 3、探放水安全措施 六、矿井防止水安全技术措施 七、灾害预防与处理

1、透水预兆 2、透水时的措施 3、被淹井巷恢复期间措施

晋中紫金煤业有限公司

首采区（16采区）带压开采设计

预计2013年底晋中紫金煤业有限公司6#煤一采区作为首采面进

行试生产。根据二〇一〇年八月山西地科勘察有限公司提交的?山西煤炭运销集团晋中紫金煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告?，第四章第三节矿井充水因素分析及水害防治措施中岩溶水对开采煤层的影响评价，本井田属岩溶水径流区，6#煤层属岩溶水带压开采煤层。

为保障安全生产起见，特编制6#煤一采区带压开采设计。

一、概 况 1、采区概况

紫金煤业矿井位于榆次区城北约20km处的乌金山镇东蒜峪，设计

开采6#、15#两层煤，矿井资源储量147.54Mt，矿井建设生产能力为3.0Mt/a。

矿井采用立井单水平开拓方式。工业场地布臵有主立井、副立井

及回风立井3个井筒。主、副井井口标高+1136.5m，井底车场水平标高+450m，落底于15#煤层。回风立井井口标高+1152.0m，落底于6#煤层中，设计井底标高+522.5m，实际标高待定。

6#、15#煤层层间距平均82m，采用分层布臵、分采分运的方式，

煤炭运输系统和辅助运输系统，相互独立。

6#煤开采方式为：通过+450m水平主要石门联系6#煤层，在井田

中部布臵6#煤轨道上山、胶带上山和2条回风上山及采区接力下山开拓全井田6号煤层。+450m标高以上至井田边界为一采区，依次向下划分为二、三、四采区。

矿井首采区选定为6#煤一采区。

四条开拓上山作为采区准备巷道，在其侧布臵走向长壁式采煤工

作面。6#煤层厚度为1.40-3.71m，平均2.41m，设计确定采用综合机械化走向长壁一次采全高采煤方法。工作面采用一面四巷布臵方式。

2、矿井地质与水文地质

本井田位于沁水煤田北部边缘的东山找煤区内，地层由老至新依

次为奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系及新生界上第三系、第四系，含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，主要可采煤层为山西组的6#煤层和太原组的15#煤层。

井田被F160区域性大断层分成两块，西部为原泽森煤业有限公司

井田，东部为新增区，总体构造为单斜构造，地层倾向南，倾角5-14°。

井田内无明显褶曲构造，没有发现明显大断层。井田内地表发现

有陷落柱X26，地表层位石千峰组，形状为椭园形，长轴170m短轴100m。在主井南马头门侧井下揭露陷落柱，面积不详，无含水迹象。

区域主要含水层组有三层：

（1）奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层：

井田内没有出露，属埋藏型，含水层岩性主要以石灰岩、白云质

灰岩为主，一般情况下奥陶系中统上、下马家沟组岩溶发育。据推测本井田奥灰水水位在770-774m左右。

（2）石炭系上统太原组碎屑岩类夹碳酸岩类岩溶裂隙含水层 含水层主要是太原组的三层灰岩和砂岩，灰岩总厚度平均为

7.52m，灰岩裂隙、溶隙较发育，富水性中等。

（3）二叠系下统山西组、石盒子组碎屑岩类裂隙含水层 含水层以中-粗粒砂岩为主，厚度较大，但区内变化大，补给条件

差，富水性弱。

井田主要隔水层：

井田内的隔水层主要为各含水层间的泥岩、砂质泥岩隔水层以及

石炭系中统本溪组泥岩隔水层。

煤系地层底部的本溪组岩性由铝土质泥岩、砂质泥岩、粘土岩组

成，岩性致密、细腻，厚度27.85-74.55m井田内连续稳定，隔水性能好，为井田及区域内煤系地层与奥灰水间良好的隔水层。

3、6#煤一采区概况

6#煤层一采区开采的6#煤层位于山西组下部，煤层厚度平均

2.41m，含0-2层夹矸，结构简单，顶板及底板均为泥岩，属稳定的全区可采煤层。无上覆开采煤层，向下开采煤层为15#煤层，与15#煤层间距较稳定，平均层间距为82.60m，与奥陶纪灰岩石平均层间距为146m。

采区北部边界、东部边界为矿井边界煤柱，南部边界为矿井工广

煤柱，下部边界为二采区采区煤柱，均为没有开采活动。采区开采上限标高+700m,下限标高+450m，采区内地质构造简单，地质勘探中没有发现大的断层、褶曲、陷落柱等导水构造。煤层倾角8゜-14゜。

矿井首采面预计为1601工作面，工作面长度定为180m工作面走

向长度2060m，工作面采用综合机械化走向长壁一次采全高采煤方法采煤法。采煤机选用MG300/700-WD型采煤机，配套刮板输送机型号为SGZ764/400，综采液压支架选用为ZY4000/15/32型号支架。

在一采区开采期间，除本采区采掘活动外，仅在矿井中部有矿井

延伸开拓活动。

二、首采区带压开采情况 1、奥灰水对6#煤层开采影响

根据矿井地质报告，矿井井田范围内奥灰水位标高为770-774m。

井田内6#煤层处于奥灰水水位之下。为评价其带压开采的安全性，计算井田开采6#煤层时的岩溶水突水系数。计算公式选用国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局发布的《煤矿防治水规定》中确定的计算公式： T=P/m

式中： T—突水系数(MPa/m)

P—水头压力(MPa) m—隔水层厚度(m)

根据地质报告6号煤层最低底板标高为-20m，其隔水层厚度为6

号煤层底板至奥灰界面间的距离146m。

岩溶水水头差从奥灰岩顶界面为938m计，对6号煤层底板压力为

9.571Mpa。经计算6号煤层最低点的突水系数为0.065MPa/m，小于岩层完整块段突水系数临界值0.10MPa/m。

6#煤一采区采区下开采界限标高为+450m，其隔水层厚度为6#煤

层底板至奥灰界面间的距离146m，岩溶水水头差从奥灰岩顶界面为478m计，对6#煤层底板压力为4.87Mpa。突水系数为0.033 MPa/m, 小于岩层复杂块段突水系数临界值0.06MPa/m，

根据地质报告井田内无明显褶曲构造，没有发现明显大断层。仅

有陷落柱出现，按照《煤矿防治水规定》，“底板受构造破坏段突水系数一般不大于0.06 MPa/m，正常块段不大于0.1 MPa/m”，在没有构造导水的情况下，开采6#煤不会发生岩溶水突水问题。

2、导水通道对6#煤层开采影响

1、封孔质量不佳钻孔可能变成人为导水通道，当掘进巷道或采区

工作面经过没有封好的钻孔时，顶、底板含水层地下水将沿着钻孔补给矿层，造成涌（突）水事故。据以往勘查资料，本区施工的钻孔封孔后均未进行启封检查，具体封孔质量不详。因此其中未封好的钻孔也可能成为矿井开采的导水通道。

图1 煤层与奥灰岩对接关系图

2、本区内F160、F161断层落差分别为300m、150m，为较大断层，

该断层的发育使新增区的煤层直接与奥灰岩接触（见图1）。同时也与奥灰水直接联通。井田内发育有8条断层和16个陷落柱，这些断层性质为张性正断层，其破碎带具有一定的储水性和导水性。井下采掘接近陷落柱，有时有涌水量增大的情况，进入陷落柱内部后，涌水量减少，仅见柱内充填物发湿，穿过陷落柱后，涌水量恢复正常。显示陷落柱具有一定的储水性和导水性。

3、6#煤一采区在实际施工中，将揭露小型断层、岩石裂隙带，同

时采区位于岩溶水存在区域，或有陷落柱将奥陶纪灰岩与煤层贯通，形成导水通道，给煤层开采带来水利危害。

四、安全生产保障措施

1、地质保障措施

奥陶纪灰岩水主要通过导水通道对6#煤开采造成危害，为此必须

加强地质工作，发挥地质尖兵的保障作用。

（1）补充勘探：

矿井工作面采煤前，应当采用物探、钻探、巷探和化探等方法查

清工作面内断层、陷落柱和含水层（体）富水性等情况。掌握导水通道，留足防水煤柱。

（2）水情观测：

设立水位观察井，进行地下水动态观测。在未掌握地下水的动态

规律前，应当每7-10日观测1次；待掌握地下水的动态规律后，应当每月观测1-3次；当雨季或者遇有异常情况时，应当适当增加观测次数。水质监测每年不少于2次，丰、枯水期各1次。观测内容包括水位、水温和水质等。对泉水的观测，还应当观测其流量。观测点应当统一编号，设臵固定观测标志，测定坐标和标高，并标绘在综合水文地质图上。观测点的标高应当每年复测1次；如有变动，应当随时补测。

2、采矿保障措施 （1）有掘必探、先探后掘

煤岩巷掘进必须采取有掘必探、先探后掘的防治水原则，掘进规

程与防止水措施一并贯彻执行。探放水过程中发现有出水现象时，必须制

定或检查安全防护措施是否到位，并停止该区域与一切与探放水无关工作。

（2）按规定留设煤柱 （一）断层保护煤柱

按《煤矿防治水规定》要求核算含水或导水断层煤柱宽度：

L?0.5KM3pKp≥20m

式中：L—煤柱留设的宽度，m；

K—安全系数，一般取2～5，设计取5； M—煤层厚度或采高，取6号煤最大厚度3.71m，

P—水头压力，MPa；6#煤P=1000×10×(774+20)×10-6 =7.94MPa； Kp—煤的抗拉强度，取0.6MPa。

经计算：6号煤，L=58.4m。

考虑井田构造水压影响，结合生产实际经验，井田中的大断层F160

和F161每侧留设100m防水煤柱，其它非导水断层F129每侧留设30m保护煤柱，其余小断层每侧均留设20m的构造保护煤柱。

（二）陷落柱留设不少于20m的保护煤柱

在巷道穿过地段，采用注浆加固围岩方式加强围岩强度。 （三）煤层中巷道、石门保护煤柱煤柱 宽度按下式计算(倾角小于35°时)：

S1?H（2.5+0.6M）f；

式中：S1—巷道保护煤柱的宽度，m；

H—巷道的最大垂深，m；本矿井6煤取1150m。 M—煤厚，m；本矿井6煤取最大3.71m。 f—煤的强度系数，f?0.110Rc； Rc—煤的单向抗压强度，46MPa 。

经计算：6号煤，S1=50.3m故此，本矿井大巷每侧留设50m煤柱。 （四）井田边界煤柱留设20m，采空区留设20m保护煤柱。

3、建立避灾系统

采区设立紧急避险硐室，硐室按照规定配备救生器材、装备。采

区上下山、大巷等行人路线必须设臵路标，行人通道保持畅通无阻。

五、矿井排水 1、矿井涌水量

石家庄设计院考虑矿井到矿井扩大生产能力为3.0Mt/a时，矿井正

常涌水量： 132.92 m3/h，最大涌水量： 201.75 m3/h，能够满足首采区灾害排水需要。

2、矿井排水系统

根据矿井涌水量和排水高度，设计采用一级排水系统，在+450水

平设中央排水泵房，直接将井下矿井涌水排到地面。根据矿井涌水量、黄泥罐浆水量和井下生产洒水量，设计正常排水量为224.72m3/h、最大涌水量为293.55m3/h。

所需的水泵排水能力： Qz= 1.2×224.72=269.66m3/h 排水高度： Hs1=1136.0-450.5+5=690.5m 水泵扬程估算： H=1.1×690.5=759.55m

选用4台MD280-65×11（P）型多级离心水泵，正常涌水时，2

台水泵、一趟管路工作；最大涌水时，3台水泵、2趟管路工作。

排水管路采用φ273×13的无缝钢管，由泵房经管子道沿副立井井

筒敷设至地面。吸水管路采用φ325×7的无缝钢管。

考虑到矿井水文地质条件变化，设计安装2台ZQ540-800/16-1900S

型矿用增安防爆型潜水电泵，水泵流量540m3/h，水泵扬程800m，电动机功率1900kW。

矿井应急排水设备与矿井中央水泵房布臵在一起，排水管路选用

两趟φ273×13的无缝钢管经立风井敷设至地面，作为一套独立的在地面控制的应急排水系统，可以保证矿井排水系统可靠。

3、水仓布臵及容量

设计在副立井井底布臵井底水仓。井底水仓布臵在煤层底板岩石

中，稳定坚固。井底水仓分为主、副水仓，水仓采用直墙半圆拱断面，断

面规格3.8m×3.3m，锚喷支护，支护厚度100mm，铺底厚度100mm。主水仓有效长度92m，副水仓有效长度58m，水仓总有效长度150m，经计算，水仓有效容量约1650m3，大于矿井8h的正常涌水量，满足《煤矿安全规程》要求。

水仓入口布臵在轨道石门最低点附近，水仓进口处应设臵箅子。

井底水仓用水仓清理机进行清理，两仓定期交替清理，清理方式采用人工清理。

六、探放水措施 1、探放水原则

（1）必须严格执行《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》相关

规定，配齐探水钻和专职水文地质人员。成立专门探放水队伍，制定防探水制度，采掘工作面探水前，应当编制探放水设计，确定探水警戒线，并采取防止瓦斯和其他有害气体危害等安全措施。

(2)采掘工作面遇有下列情况之一的，应当进行探放水： 1）接近水淹或者可能积水的井巷、老空或者相邻煤矿; 2）接近含水层、导水断层、暗河、溶洞和导水陷落柱; 3）打开防隔水煤(岩)柱进行放水前;

4）接近可能与河流、湖泊、蓄水池、水井等相通的断层破碎带; 5）接近有出水可能的钻孔; 6）接近水文地质条件复杂的区域;

7）采掘破坏影响范围内有承压含水层或者含水构造、煤层与含

水层间的防隔水煤(岩)柱厚度不清楚可能发生突水;

8）接近有积水的灌浆区; 9）接近其他可能突水的地区。

探水前，应当确定探水线并绘制在采掘工程平面图上。 (3) 探测内容包括

1）探查回采、掘进工作面是否有次生导水断裂构造，以便采取

措施防止突水。

2）探查地质勘探钻孔周围地层的富水性。

3）查明探水钻孔在不同深度的水压、水量或冲洗液漏水量，确

定底板隔水层的导升高度。

4）探水前应注意检查排水设施及系统的可靠性，检查瓦斯浓度、

巷道支护、安全撤退路线等，准备堵水材料。

2、探放水方法

1）探放水钻孔的布臵

探水钻孔沿掘进方向的前方布臵。每组钻孔不得少于5个;钻孔控

制巷帮净垛宽度不小于20m，钻孔落点间距不得大于10m，钻孔超前距不得小于20m。上山探水时，一般进行双巷掘进，其中一条超前探水和汇水，另一条用来安全撤人。双巷间每隔30-50 m掘1个联络巷，并设挡水墙。

当一个钻孔发现有出水现象时，应根据情况适当加密钻孔布臵，

加大钻孔进尺长度，另行补充钻孔。

钻孔孔径根据煤层的坚硬程度，放水孔深度等因素确定。采用孔

径为42mm、54mm、60mm，一般不超过60mm。

2）探放水设备

井下探放水应使用专用的探放水钻机。严禁使用煤电钻探放水。

综采工作面共配有3台探水钻机，2台使用，1台备用。三个综掘工作面共配有4台探水钻机，各综掘工作面分别配备1台；另有1台备用。

3）探放水避灾

探放水时必须采用管路放水，放水管路备有控制闸阀控制放水流

量。钻孔处于低洼处时，必须备有排水装臵。

3、探放水安全措施

（1）在探放水钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或者钻眼中水

压、水量突然增大和顶钻等透水征兆时，应当立即停止钻进，但不得拔出钻杆;应当立即向矿井调度室汇报，派人监测水情。发现情况危急，应当立即撤出所有受水威胁区域的人员到安全地点，然后采取安全措施，进行处理。

（2）在6号煤层积水区附近进行巷道掘进前，应当采用钻探、物

探和化学探等方法查清水文地质条件。地质机构应当提出水文地质情况分

析报告，并提出水害防范措施，经矿井总工程师组织生产、安监和地测有关单位审查批准后，方可进行施工。

（3）在安装钻机进行探水前，应当符合下列规定：

①加强钻孔附近的巷道支护，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，配

备与探放水量相适应的排水设备;

③在打钻地点或其附近安设专用电话;

④依据设计，确定主要探水孔位臵时，由测量人员进行标定。

负责探放水工作的人员亲临现场，共同确定钻孔的方位、倾角、深度和钻孔数量;

⑤在预计水压大于0.1 MPa的地点探水时，预先固结套管。套

管口安装闸阀，套管深度在探放水设计中规定。预先开掘安全躲避硐，制定包括撤人的避灾路线等安全措施，并使每个作业人员了解和掌握;

⑥钻孔内水压大于1.5 MPa时，采用反压和有防喷装臵的方法

钻进，并制定防止孔口管和煤(岩)壁突然鼓出的措施。

（4）探水钻孔超前距离和止水套管长度，应当符合下列规定：①

探放老空积水的超前钻距，根据水压、煤(岩)层厚度和强度及安全措施等情况确定，但最小水平钻距不得小于30 m，止水套管长度不得小于10 m; ②沿岩层探放含水层、断层和陷落柱等含水体时，《煤矿防治水规定》要求确定探水钻孔超前距离和止水套管长度。

（5）配备注浆设备，一旦高压水喷出，可立即注浆封孔，确保安

全。

（6）严格交接班制度，力争做到交接班时不停钻，以防孔内事故

发生及事故扩大。钻孔终孔后，如有水应进行放水试验。孔内无水应进行水压试验，检查断层带的隔水性能。完成各项任务后立即进行全孔封闭注浆。

（7）放水前尽量掌握水源的水量、水压，并根据本矿排水工程的

允许，控制放水量，避免放水量过大引起灾害。

（8）放水前先进行水压、水量试验，发现管壁漏水及其它效果不

好情况及时处理。

（9）放水过程中要指派专人管理，随时观察水量、水压变化，出

水清浊，放水孔有无杂物阻塞及有害气体涌出等，发现异常情况及时处理。

（10）放水前先规定好避灾路线，通知好每个作业人员。

六、矿井防止水安全技术措施

1）建立矿井防止水专门机构，煤矿企业总经理是本单位防治水工

作的第一责任人，总工程师具体负责防治水的技术管理工作。

2）防治水工作应当坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后

采的原则，采取防、堵、疏、排、截的综合治理措施。

3)煤矿企业、矿井应当对职工进行防治水知识的教育和培训，保证

职工具备必要的防治水知识，提高防治水工作的技能和抵御水灾的能力。

4)矿井应当按照规定编制下列防治水图件： （一）矿井充水性图；

（二）矿井涌水量与各种相关因素动态曲线图； （三）矿井综合水文地质图； （四）矿井综合水文地质柱状图； （五）矿井水文地质剖面图。

其他有关防治水图件由矿井根据实际需要编制。

5)矿井应当编制本单位的防治水中长期规划和年度计划，并组织实

施。矿井排水设备按照规定进行检查维护，水仓每年进行清理，保障防灾救灾能力。

6）及时总结防止水工作经验，根据现场实际及时修正技术措施，

完善防止水工作。

七、灾害预防与处理 1、透水预兆

采掘工作面透水前一般都有预兆，井下工人熟悉这些预兆，就能

及时采取对策，防止水灾事故的发生。

透水预兆有：煤层发潮发暗；巷道壁或煤壁“挂汗”；顶板淋水加

大；有时透水前底板突然涌水；工作面温度下降，空气变冷，产生气雾；煤层或岩层里面有“吱吱”的水叫声；出现压力水流，这是离水源很近的征兆，水的清浊可判断水源的远近；工作面有害气体增加；煤壁或巷道“挂红”，水的酸度大，味发涩，有臭鸡蛋味。

2、透水时的措施

1）井下某地突发透水事故时，应立即向地面调度室等部门汇报，

并迅速组织抢救，尽可能就地取材，加固工作面，设法堵住出水点，以防事故继续扩大；如水势较猛，无法抢救，应组织人员迅速按避灾路线撤至上一水平或地面；如来不及撤离，应迅速进入井下避难硐室或救生舱；若被堵在上山独头巷道内，应迅速关闭压风管路、供水管路阀门，用通讯设备汇报矿调度室等部门（或敲击管路等使救援人员察觉），保持镇静，避免体力消耗，等待救援，如被困区域涌出有毒有害气体，应迅速使用自救器自救。

2）地面调度室接到透水报告后，应迅速通知矿山救护队，同时应

根据事故地点和可能波及的地区通知有关人员迅速撤离危险区。井下主排水泵房、变电所等地点关闭密闭门等防水设施；井下排水设备全部开启，并保证排水设备处于完好工作状态。

3）积极组织抢救井下遇灾人员，正确判断遇灾人员位臵；尽可能

与井下被困人员取得联系，摸清情况后，视情况启动地面压风设备以供给井下人员自救；根据透水涌水量和矿井排水能力估算排除积水的时间，如需较长时间，可通过压风、供水管路向井下被困地点输送流食等，但必须制定相应措施。

4）当水量不大或补给水源有限时，可采用增加排水能力的办法，

直接排出井下积水。当井下涌水量较大或有持续补给水源时，应先堵住水源，然后再排水。

3、被淹井巷恢复期间措施

（1）经常检查瓦斯浓度，当井筒空气中瓦斯浓度达0.75%时，应

停止向井筒输电排水，加强通风。定期取样分析气体成分，司泵人员应由救护队员担任。

（2）严禁在井筒内或井口附近用明火灯或有其它火源，以防井下

瓦斯涌出量增大引起爆炸。

（3）井下工作人员必须携带自救器；在井筒内安装排水管或其它

人员，还必须佩戴安全带。

（4）在修复井巷时，应特别注意防止冒顶与坠井事故的发生。

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