白沙南（蘇二）煤礦10.20堵水方案探討

福建省煤炭工業(yè)科學(xué)研究所 陳元軍

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白沙南（蘇二）煤礦10.20堵水方案探討

福建省煤炭工業(yè)科學(xué)研究所 陳元軍

東方煤礦突水后，通過在-110m北大巷和±0m水平回風(fēng)巷砌筑了擋水墻，將白沙南井田與蘇邦北井田隔斷開。堵水方案通過論證、設(shè)計及驗收，可保證蘇邦北井田不受突水事故的影響，計算結(jié)果表明，蘇邦北井田的通風(fēng)、排水及提升系統(tǒng)可滿足白沙南（蘇二）煤礦的生產(chǎn)。

突水 擋水墻 井田 安全

2011年10月20日，東方煤礦東采區(qū)－155m區(qū)段27#W底板掘進(jìn)工作面迎頭發(fā)生突水事故。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和礦井地質(zhì)資料分析，結(jié)合水質(zhì)化驗結(jié)果、水溫測量等資料及水情變化情況，專家組認(rèn)定突水原因為F5破碎帶突水，突水水源為F0下盤的棲霞灰?guī)r巖溶裂隙承壓水，突水通道為F0、F5斷層裂隙。至2011年11月20日10時，東方煤礦井下水位已上漲至+79.20m。白沙南（蘇二）煤礦白沙南井田井下的涌水量增加到280m3/h，蘇邦北井田井下涌水量無變化。根據(jù)東方煤礦井下突水事故水文地質(zhì)專家組提交的《龍巖市大豪煤炭有限公司東方煤礦“10.20”突水事故調(diào)查報告》，東方煤礦井下突水量約為2500m3/h，最高水位預(yù)計為+170m。

1 白沙南 (蘇二)煤礦蘇邦北井田堵水方案

1.1 概述

1.1.1白沙南 (蘇二)煤礦與東方煤礦的相聯(lián)通情況

白沙南 (蘇二)煤礦白沙南井田6線附近的一采區(qū)在+30m車場與東方煤礦28#運巷相通。由于一采區(qū)附近煤炭賦藏不穩(wěn)定，礦井未進(jìn)行開采，與東方煤礦貫通后，礦井就撤出該塊段，一采區(qū)僅在+100m水平及+135m水平與白沙南二采區(qū)有聯(lián)通。

1.1.2白沙南(蘇二)煤礦兩個井田相聯(lián)通情況

白沙南井田與蘇邦北井田兩個井田通過三條大巷連通，分別為：

（1）-110m水平北大巷：該大巷原作為礦井系統(tǒng)改造后的運輸大巷，將蘇邦北井田四采區(qū)-110m車場與白沙南五采區(qū)-105m車場聯(lián)通。

（2）±0m總回風(fēng)巷：該回風(fēng)巷原作為礦井系統(tǒng)改造后的總回風(fēng)巷，擔(dān)負(fù)蘇邦北井田所有采區(qū)的回風(fēng)。

（3）+190m運輸大巷：該大巷作為礦井的運輸大巷，擔(dān)負(fù)白沙南井田采區(qū)的運煤和蘇邦北井田采區(qū)的運矸及材料運送。

1.1.3礦井堵水方案

礦井白沙南井田和蘇邦北井田中間隔著二段地層，二段地層達(dá)200m厚度，關(guān)聯(lián)到的F102斷層正斷層：為白沙南井田與蘇邦北井田的邊界斷層，走向呈NW-SE向，傾向NE，延伸長度大于3500m，傾角400，具平推斜切性質(zhì)。上盤向NW運移，不僅破壞了含煤地層的連續(xù)性，而且切割了先期形成的一系列NE向斷層。

擋水墻地點的選擇：將擋水墻設(shè)置在F102斷層以南的一段砂巖地層中間。具體位置分別是：-110m擋水墻位于蘇邦北井田-110運輸大巷（T14測點往北168m處）；±0水平回風(fēng)巷擋水墻位于蘇邦北井田±0m水平回風(fēng)巷（B25測點處）。

1.2 礦井堵水方案及擋水墻分析

1.2.1堵水方案所設(shè)置的地層描述

（1）±0m水平的擋水墻

位置：位于蘇邦北±0m水平，井田0號勘探線以北，與蘇邦北井田與白沙南井田交界附近。

地層：處于童子巖組一段地層45#煤層底板。

構(gòu)造：該擋水墻東北方向55m左右是白沙南 (蘇二)煤礦蘇邦北井田與白沙南井田的分界斷層F102。該斷層屬于左旋式平移斜落斷層。該斷層局部斷裂構(gòu)造帶具有一定的充、導(dǎo)水性，不過通常堵漏容易，表明導(dǎo)水性不大。在勘探時，地質(zhì)隊對1-2線施工的6個鉆孔進(jìn)行了終孔近似穩(wěn)定水位觀測。其觀測結(jié)果是F102斷層與雙坑溪在當(dāng)時天然狀況下無明顯的水力聯(lián)系。

（2）-110m水平擋水墻

位置：位于蘇邦北井田-110m水平北大巷，井田0號勘探線以南。

地層：處于文筆山組地層，該地層是穩(wěn)定的隔水層。

構(gòu)造：該擋水墻附近地質(zhì)構(gòu)造較為穩(wěn)定，斷層較少，均不易導(dǎo)水，該擋水墻東北方向250m左右是斷層F102；南邊200m左右是F121斷層，該斷層為正斷層，和F103屬于共軛斷層，與F103共同造成向斜核部地塹式下降，致使向斜核部地層錯斷關(guān)系復(fù)雜，共生小斷層發(fā)育，該斷層局部斷裂構(gòu)造帶具有一定的充、導(dǎo)水性，不過通常堵漏容易，表明導(dǎo)水性不大。堵水方案設(shè)計采用二個擋水墻起到隔斷白沙南井田及蘇邦北井田，所設(shè)置的位置巖性合適，所關(guān)聯(lián)的F102斷層為傾向斷層，沒有成為堵水方案的導(dǎo)水通道，所擇的位置合理可行。

1.2.2擋水墻施工

（1）擋水墻施工圖經(jīng)福建省華廈能源設(shè)計研究院設(shè)計，施工由福建煤電股份有限公司蘇二煤礦承擔(dān)。

（2）-110m擋水墻施工情況：巷道規(guī)格為：凈寬2.5m、凈高2.6m；巷道刻糟為：長8m、巷道頂部1.05m、巷道底部1.05m、巷道左幫1.05m、巷道右?guī)?.05m；擋水墻厚度為4.9m，寬度為4.6m(為提高墻體的抗剪切力，墻體內(nèi)分兩層安設(shè)12條鋼軌)；護(hù)墻長4.5m (其中：與主墻體相接處的厚度為1.1m、最外端為0.3m)；最大注漿壓力達(dá)：10MPa；混凝土的標(biāo)號≥C30。

（3）±0m擋水墻施工情況：巷道規(guī)格為：凈寬2.2m、凈高2.3m；巷道刻槽為：長6.5m、巷道頂部1.05m、巷道底部1.05m、巷道左幫1.05m、巷道右?guī)?.05m；

擋水墻厚度為4.9m，寬度為4.3m(為提高墻體的抗剪切力，墻體內(nèi)分兩層安設(shè)12條鋼軌)；護(hù)墻長2.5m(其中：與主墻體相接處的厚度為1.1m、最外端為0.3m)；最大注漿壓力達(dá)：10MPa；混凝土的標(biāo)號≥C30。

總體上，根據(jù)實際施工情況及驗收數(shù)據(jù)，蘇二煤礦±0m、-110m擋水墻的各項指標(biāo)、參數(shù)均達(dá)到并高于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，符合設(shè)計要求，能起到擋水作用。

1.2.3堵水方案及擋水墻安全評價

安全評價詳見表1。

表1 堵水方案及擋水墻安全檢查表

1.2.4 防隔水煤柱留設(shè)

根椐以下公式：

式中，L—煤柱留設(shè)的寬度，m；K—安全系數(shù)，取5；M—煤層厚度或采高，3.6m；P—水頭壓力，按照突水事故調(diào)查報告最終升到170m，-110m擋水墻的水頭壓力為2.86MPa，±0擋水墻的水頭壓力為1.73MPa；Kp—煤的抗拉強(qiáng)度，取0.2 MPa。

經(jīng)計算，-110m擋水墻后應(yīng)至少留設(shè)58.9m以上煤柱，±0擋水墻后應(yīng)至少留設(shè)45.8m以上煤柱，為考慮安全性，兩擋水墻后邊統(tǒng)一按80m留設(shè)煤柱。

2 堵水措施后各生產(chǎn)系統(tǒng)

2.1 堵水后對通風(fēng)系統(tǒng)的影響評價

礦井堵水后蘇二煤礦通風(fēng)方式采用中央并列式通風(fēng)，利用蘇二+350m主斜井進(jìn)風(fēng)，白沙南副井回風(fēng)。白沙南風(fēng)井安裝2臺4-72-11No16B型離心式通風(fēng)機(jī)，近期的測風(fēng)量：蘇二主井進(jìn)風(fēng)為26.1m3/s，白沙南副井回風(fēng)為30.5m3/s。

按實際用風(fēng)地點需風(fēng)量計算

(1)采煤工作面風(fēng)量：按日產(chǎn)噸煤供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)1.0m3/分/噸進(jìn)行計算，風(fēng)量為：Q采＝q采TK＝1.5m3/s

式中：q采－噸煤供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，取1.00m3/min/t；T－采面平均日產(chǎn)量，噸/日；K－風(fēng)量備用系數(shù)，1.35；

(2)掘進(jìn)頭工作面風(fēng)量：通風(fēng)采用局扇壓入式通風(fēng)，掘進(jìn)頭供風(fēng)量按稀釋排除掘進(jìn)巷道炮煙所需風(fēng)量計算，風(fēng)量為：

Q掘＝7.8{〔A（SL）2〕}1/3/t=1.69m3/s。

式中：A－同時爆破的炸藥量，取10kg；S－掘進(jìn)巷道凈斷面，取6.2m2； L－掘進(jìn)巷道通風(fēng)長度，取500m；t －掘進(jìn)巷道通風(fēng)時間，取30min；

取絞車房1 m3/s、火工庫2 m3/s、變電所1 m3/s，經(jīng)計算其風(fēng)量為：

Q=（3Q采+6Q掘+Q絞＋Ｑ采區(qū)變＋Ｑ火攻庫）×1.15=18.4m3/s

現(xiàn)礦井實際進(jìn)風(fēng)量為26.1 m3/s，大于礦井的所需風(fēng)量18.4m3/s。

2.2 堵水后對排水系統(tǒng)影響

白沙南（蘇二）煤礦井下現(xiàn)有三個泵房，分別為蘇邦北+190 m泵房，安裝有200D-43×5型高壓水泵3臺，水倉總?cè)莘e為2400m3； +70水平主排水泵房，安裝有200D-43×8型高壓水泵2臺，D450-60×5型高壓水泵1臺，水倉總?cè)莘e為3400m3；-110m水平主排水泵房，安裝有200D-43×6型高壓水泵4臺，水倉總?cè)莘e為3400 m3。

2.2.1蘇邦北+190 m中央泵房設(shè)備能力分析

（1）主排水泵200D-43×5，共3臺，理論流量：288×2臺×20h=11520m3/天、可承受涌水量：11520/24=480 m3/h

（2）正常涌水量為: 20 m3/h，歷史最大涌水量為: 81 m3/h，水泵及管路均符合要求。水倉容量校驗：2400/20=120小時＞8小時。

2.2.2 +70 m水平中央泵房排水能力，同上。

水泵理論流量：17280m3/天、可承受涌水量：720 m3/h。

正常涌水量為: 344 m3/h，歷史最大涌水量為: 455 m3/h，水泵及管路均符合要求。水倉容量校驗：3400/344=9.88小時＞8小時。

2.2.3 -110 m水平中央泵房設(shè)備能力，同上。

水泵理論流量： 23040m3/天、可承受涌水量： 960m3/h

正常涌水量為:189 m3/h，歷史最大涌水量為: 256 m3/h，水泵及管路均符合要求。水倉容量校驗：3400/188=18.08小時＞8小時。

2.3 堵水后對提升運輸系統(tǒng)影響

堵水后煤矸均由蘇邦北井田提升，蘇邦北井田四、六采區(qū)生產(chǎn)的煤炭分別經(jīng)四采區(qū)JKB2.0×1.5PA型絞車和六采區(qū)JT1200×1000-24型絞車提升至+70m水平車場，再由主斜井GKT2.0×1.5-20型提升絞車提升至蘇二礦地面集中汽車外運。

2.3.1日提升時間計算

日提升時間計算見表2。

表2 日提升作業(yè)時間平衡表

2.3.2 年提升能力

經(jīng)計算：蘇二煤礦年提升能力

滿足目前蘇邦北井田提升要求。蘇邦北井田工作面運輸巷采用蓄電池機(jī)車運輸，鋪設(shè)有18kg型號軌道；井下大巷運輸采用ZK7-6/250型架線機(jī)車牽引列車，鋼軌均采用24kg型號，同時鋪設(shè)質(zhì)量符合要求，運輸能力為22.08萬噸/年，沒有改變。

3 結(jié)論

白沙南（蘇二）煤礦所采取的堵水方案經(jīng)多方論證，擋水墻所設(shè)位置恰當(dāng)，巖性致密，所關(guān)聯(lián)到的F102斷層為傾向斷層，對擋水墻影響較小，擋水墻經(jīng)資質(zhì)單位設(shè)計，由煤電公司組織驗收。在隔離白沙南井田的前提下，白沙南 (蘇二)煤礦蘇邦北井田通風(fēng)、排水及提升都能滿足生產(chǎn)需要。

[1] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局28號令. 煤礦防治水規(guī)定[Z].

[2] 福建煤電股份有限公司.福建煤電股份有限公司白沙南（蘇二）煤礦水患調(diào)查與分析報告[R],2011.