白沙南（苏二）煤矿10.20堵水方案探讨

2012-05-10福建省煤炭工业科学研究所陈元军

海峡科学 2012年7期

福建省煤炭工业科学研究所陈元军

福建省煤炭工业科学研究所陈元军

东方煤矿突水后，通过在-110m北大巷和±0m水平回风巷砌筑了挡水墙，将白沙南井田与苏邦北井田隔断开。堵水方案通过论证、设计及验收，可保证苏邦北井田不受突水事故的影响，计算结果表明，苏邦北井田的通风、排水及提升系统可满足白沙南（苏二）煤矿的生产。

突水挡水墙井田安全

2011年10月20日，东方煤矿东采区－155m区段27#W底板掘进工作面迎头发生突水事故。根据现场调查和矿井地质资料分析，结合水质化验结果、水温测量等资料及水情变化情况，专家组认定突水原因为F5破碎带突水，突水水源为F0下盘的栖霞灰岩岩溶裂隙承压水，突水通道为F0、F5断层裂隙。至2011年11月20日10时，东方煤矿井下水位已上涨至+79.20m。白沙南（苏二）煤矿白沙南井田井下的涌水量增加到280m3/h，苏邦北井田井下涌水量无变化。根据东方煤矿井下突水事故水文地质专家组提交的《龙岩市大豪煤炭有限公司东方煤矿“10.20”突水事故调查报告》，东方煤矿井下突水量约为2500m3/h，最高水位预计为+170m。

1 白沙南 (苏二)煤矿苏邦北井田堵水方案

1.1 概述

1.1.1白沙南 (苏二)煤矿与东方煤矿的相联通情况

白沙南 (苏二)煤矿白沙南井田6线附近的一采区在+30m车场与东方煤矿28#运巷相通。由于一采区附近煤炭赋藏不稳定，矿井未进行开采，与东方煤矿贯通后，矿井就撤出该块段，一采区仅在+100m水平及+135m水平与白沙南二采区有联通。

1.1.2白沙南(苏二)煤矿两个井田相联通情况

白沙南井田与苏邦北井田两个井田通过三条大巷连通，分别为：

（1）-110m水平北大巷：该大巷原作为矿井系统改造后的运输大巷，将苏邦北井田四采区-110m车场与白沙南五采区-105m车场联通。

（2）±0m总回风巷：该回风巷原作为矿井系统改造后的总回风巷，担负苏邦北井田所有采区的回风。

（3）+190m运输大巷：该大巷作为矿井的运输大巷，担负白沙南井田采区的运煤和苏邦北井田采区的运矸及材料运送。

1.1.3矿井堵水方案

矿井白沙南井田和苏邦北井田中间隔着二段地层，二段地层达200m厚度，关联到的F102断层正断层：为白沙南井田与苏邦北井田的边界断层，走向呈NW-SE向，倾向NE，延伸长度大于3500m，倾角400，具平推斜切性质。上盘向NW运移，不仅破坏了含煤地层的连续性，而且切割了先期形成的一系列NE向断层。

挡水墙地点的选择：将挡水墙设置在F102断层以南的一段砂岩地层中间。具体位置分别是：-110m挡水墙位于苏邦北井田-110运输大巷（T14测点往北168m处）；±0水平回风巷挡水墙位于苏邦北井田±0m水平回风巷（B25测点处）。

1.2 矿井堵水方案及挡水墙分析

1.2.1堵水方案所设置的地层描述

（1）±0m水平的挡水墙

位置：位于苏邦北±0m水平，井田0号勘探线以北，与苏邦北井田与白沙南井田交界附近。

地层：处于童子岩组一段地层45#煤层底板。

构造：该挡水墙东北方向55m左右是白沙南 (苏二)煤矿苏邦北井田与白沙南井田的分界断层F102。该断层属于左旋式平移斜落断层。该断层局部断裂构造带具有一定的充、导水性，不过通常堵漏容易，表明导水性不大。在勘探时，地质队对1-2线施工的6个钻孔进行了终孔近似稳定水位观测。其观测结果是F102断层与双坑溪在当时天然状况下无明显的水力联系。

（2）-110m水平挡水墙

位置：位于苏邦北井田-110m水平北大巷，井田0号勘探线以南。

地层：处于文笔山组地层，该地层是稳定的隔水层。

构造：该挡水墙附近地质构造较为稳定，断层较少，均不易导水，该挡水墙东北方向250m左右是断层F102；南边200m左右是F121断层，该断层为正断层，和F103属于共轭断层，与F103共同造成向斜核部地堑式下降，致使向斜核部地层错断关系复杂，共生小断层发育，该断层局部断裂构造带具有一定的充、导水性，不过通常堵漏容易，表明导水性不大。堵水方案设计采用二个挡水墙起到隔断白沙南井田及苏邦北井田，所设置的位置岩性合适，所关联的F102断层为倾向断层，没有成为堵水方案的导水通道，所择的位置合理可行。

1.2.2挡水墙施工

（1）挡水墙施工图经福建省华厦能源设计研究院设计，施工由福建煤电股份有限公司苏二煤矿承担。

（2）-110m挡水墙施工情况：巷道规格为：净宽2.5m、净高2.6m；巷道刻糟为：长8m、巷道顶部1.05m、巷道底部1.05m、巷道左帮1.05m、巷道右帮1.05m；挡水墙厚度为4.9m，宽度为4.6m(为提高墙体的抗剪切力，墙体内分两层安设12条钢轨)；护墙长4.5m (其中：与主墙体相接处的厚度为1.1m、最外端为0.3m)；最大注浆压力达：10MPa；混凝土的标号≥C30。

（3）±0m挡水墙施工情况：巷道规格为：净宽2.2m、净高2.3m；巷道刻槽为：长6.5m、巷道顶部1.05m、巷道底部1.05m、巷道左帮1.05m、巷道右帮1.05m；

挡水墙厚度为4.9m，宽度为4.3m(为提高墙体的抗剪切力，墙体内分两层安设12条钢轨)；护墙长2.5m(其中：与主墙体相接处的厚度为1.1m、最外端为0.3m)；最大注浆压力达：10MPa；混凝土的标号≥C30。

总体上，根据实际施工情况及验收数据，苏二煤矿±0m、-110m挡水墙的各项指标、参数均达到并高于设计标准，符合设计要求，能起到挡水作用。

1.2.3堵水方案及挡水墙安全评价

安全评价详见表1。

表1 堵水方案及挡水墙安全检查表

1.2.4 防隔水煤柱留设

根椐以下公式：

式中，L—煤柱留设的宽度，m；K—安全系数，取5；M—煤层厚度或采高，3.6m；P—水头压力，按照突水事故调查报告最终升到170m，-110m挡水墙的水头压力为2.86MPa，±0挡水墙的水头压力为1.73MPa；Kp—煤的抗拉强度，取0.2 MPa。

经计算，-110m挡水墙后应至少留设58.9m以上煤柱，±0挡水墙后应至少留设45.8m以上煤柱，为考虑安全性，两挡水墙后边统一按80m留设煤柱。

2 堵水措施后各生产系统

2.1 堵水后对通风系统的影响评价

矿井堵水后苏二煤矿通风方式采用中央并列式通风，利用苏二+350m主斜井进风，白沙南副井回风。白沙南风井安装2台4-72-11No16B型离心式通风机，近期的测风量：苏二主井进风为26.1m3/s，白沙南副井回风为30.5m3/s。

按实际用风地点需风量计算

(1)采煤工作面风量：按日产吨煤供风标准1.0m3/分/吨进行计算，风量为：Q采＝q采TK＝1.5m3/s

式中：q采－吨煤供风标准，取1.00m3/min/t；T－采面平均日产量，吨/日；K－风量备用系数，1.35；

(2)掘进头工作面风量：通风采用局扇压入式通风，掘进头供风量按稀释排除掘进巷道炮烟所需风量计算，风量为：

Q掘＝7.8{〔A（SL）2〕}1/3/t=1.69m3/s。

式中：A－同时爆破的炸药量，取10kg；S－掘进巷道净断面，取6.2m2； L－掘进巷道通风长度，取500m；t －掘进巷道通风时间，取30min；

取绞车房1 m3/s、火工库2 m3/s、变电所1 m3/s，经计算其风量为：

Q=（3Q采+6Q掘+Q绞＋Ｑ采区变＋Ｑ火攻库）×1.15=18.4m3/s

现矿井实际进风量为26.1 m3/s，大于矿井的所需风量18.4m3/s。

2.2 堵水后对排水系统影响

白沙南（苏二）煤矿井下现有三个泵房，分别为苏邦北+190 m泵房，安装有200D-43×5型高压水泵3台，水仓总容积为2400m³； +70水平主排水泵房，安装有200D-43×8型高压水泵2台，D450-60×5型高压水泵1台，水仓总容积为3400m³；-110m水平主排水泵房，安装有200D-43×6型高压水泵4台，水仓总容积为3400 m³。

2.2.1苏邦北+190 m中央泵房设备能力分析

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

（2）正常涌水量为: 20 m3/h，历史最大涌水量为: 81 m3/h，水泵及管路均符合要求。水仓容量校验：2400/20=120小时＞8小时。

2.2.2 +70 m水平中央泵房排水能力，同上。

水泵理论流量：17280m3/天、可承受涌水量：720 m3/h。

正常涌水量为: 344 m3/h，历史最大涌水量为: 455 m3/h，水泵及管路均符合要求。水仓容量校验：3400/344=9.88小时＞8小时。

2.2.3 -110 m水平中央泵房设备能力，同上。

水泵理论流量： 23040m3/天、可承受涌水量： 960m3/h

正常涌水量为:189 m3/h，历史最大涌水量为: 256 m3/h，水泵及管路均符合要求。水仓容量校验：3400/188=18.08小时＞8小时。