郑煤集团东坪煤矿
“带水压开采”安全技术措施
编制单位：郑煤集团东坪煤矿
编制日期：2009年9月
东坪煤矿二1煤层“带压开采”参数计算
一、概况
东坪煤矿位于郑州矿区登封煤田白坪井田浅部，处于地下水径流区，主要开采煤层为二叠系下统山西组下部的二1煤和太原组底部的一3煤层。
东坪煤矿设计矿井涌水量为100m3/h，设计最大涌水量157m3/h，水仓容量1130 m3，目前矿井涌水量100m3/h。
矿井主排水系统安装了三台D155－64×6水泵三台，水泵联系排水能力为260 m3/h，排水能力满足《煤矿安全规程》要求。
（一）、地质构造
本矿区位于白坪井田东南部二1煤层露头附近，属于嵩山背斜与箕山背斜之间的颍阳～芦店向斜的南翼东段，嵩箕构造区。
从煤层底板等高线图及矿区地质剖面图上可以看出，总体构造形态为一地层走向280°，倾向10°，倾角15～23°的单斜构造。
区内仅在其东边界发育一条正断层（即箕F31）。
在本矿的开采过程中，未遇见大的断层和褶曲，本矿区地质构造复程度杂应为简单。
（二）、水文地质条件
该矿水文地质条件中等。
影响开采的主要水源为煤层底板以下的石炭系上统太原组上部的L 7—8层石灰岩、下部的L 1—4层灰岩和∈石灰岩含水层。
以上含水层均为承压含水层，其中L 7—8层灰岩为二1煤层底板含水层，距二1煤层约20m ，含水性较若，易疏干，是矿井疏放对象。
L 1—4层灰岩为主要承压含水层，它与下部寒武系灰岩含水层有较密切的水力联系，距二1煤层底板平均45m 。
另外，该区域二1煤层顶板大占砂岩含水层，一般含水性较弱，迳流条件差，水源不丰富，不足以对矿井构成影响。
东坪煤矿设计开采最低标高－100m ，根据登封分公司水位观测结果，目前井田内寒灰水位标高为+155.0m.。
因此，东坪煤矿“带水压开采”主要针对的是L 1—4层灰岩含水层和寒武系灰岩含水层。
二、带压开采可行性计算：
1、根据斯列沙辽夫公式：
H
临=2Kp 22L t +rt （公式一） T 临=Kp
rL KpH L r L 4)8(22-+(公式二) 式中：H 临—隔水层底板的临界水压值（t/m 2）
t 临—隔水层底板的临界厚度（m ）
L —采区巷道底宽或回采工作面最大的控顶距（m ）
Kp —底板隔水层岩石的抗张强度（t/m 2
）
r—底板隔水层岩石的容重（t/m3）
H—作用于底板隔水层的水压值（t/m2）
根据以上两式算出的临界值，与矿井实际存在的水压值及隔水层厚度比较，若：
（1）、作用于隔水层底板的实际水压值小于H临，但实际的底板隔水层厚度大于t 临，则可认为底板稳定，一般可以正常采掘。
（2）、作用于隔水层底板的实际水压值小于H临，而实际的底板隔水层厚度小于t 临，则可认为底板不稳定，要保证安全生产，必须采取安全措施。
（3）、作用于隔水层底板的实际水压值大于H临，而实际的底板隔水层厚度也大于t 临，则可认为底板基本上是稳定的，但在岩石比较破碎地段，要采取安全措施。
（4）、作用于隔水层底板的实际水压值大于H临，而实际的底板隔水层厚度小于t临，则可认为底板极不稳定，要保证安全生产，必须采取安全措施。
2、突水系数计算
根据公式： ts= P/(M-C P- M I) （公式三）
式中：
ts—突水系数Mpa/m
P—隔水层底板承受的水压值(Mpa)
M、t—底板隔水层厚度（m）
Cp—采矿对底板隔水层的扰动破坏（m）
Mr___原始导升高度m
计算实际突水系数值与本矿区临界突水系数值ts临比较，若ts＞ts临，则工作面回采严重受水害威胁。
根据《矿井水文地质规程》和郑州矿区实际生产经验，富水区或底板受构造破坏块段临界突水系数值ts临取0.06Mpa/m，正常块段ts临取0.1Mpa/m。
3、根据以上公式分别计算H临、t临、ts
根据2004年郑州矿务局地质勘探工程公司编制的《资源储量核查报告》二1煤层底板以下主要隔水层岩性为砂泥岩，结合现有井下开采实际情况，公式中主要参数分别为：
Kp—取隔水层最小平均抗张强度42.6t/m2
r—取隔水层岩石的平均容重2.60t/ m3
H—为（100+45+155）=300t/ m2
L—分别为5m和20m
M、t—底板隔水层厚度45m
Cp—采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度15m
Mr—承压水原始导升高度5m
(一)掘进巷道
(1)当在煤层中掘进时，L取巷道宽度为5.0m，H取300t/ m2，t实=M=45m
代入公式一、公式二，经计算得：
H临=7018.2t/ m2>H实（300t/ m2 ）
t临=9.01m，实际上<t实（45m）
（2）当在L7—8层灰岩掘进时，L取巷道宽度为5.0m，H取300t/ m2，t实=20m
代入公式计算得
H临=2195.0t/ m2>H实（300t/ m2 ）
t临=9.01m<t实（20m）
根据斯列沙辽夫公式，符合第（1）种情况，即：巷道掘进是安全的。
（二）采煤工作面
L取工作面初步放顶距20m，H取300t/ m2 ，t实=45m,代入公式一、公式二，经计算得：
H临=548.33t/ m2>H实（300t/ m2 ）
t临=31.92m<t实（45m）
根据斯列沙辽夫公式，符合第（1）各情况，即：工作面回采时是安全。
突水系数计算
矿井开采最低标高为－100m，P为 3.0Mpa， M=45.0m，Cp 根据经验取15m，M I取5m，代入公式(3)计算得:
t s= 0.12Mpa/ m
根据《矿井水文地质规程》，该系数大于0.1，存在突水危险。
再根据公式(3)进行反算，结果如下：
⑴当t s= 0.06Mpa/m时,经过计算开采＋50m标高以上的二1
煤层，不受底板水的威胁。
⑵当t s= 0.1Mpa/m时，经过计算开采-50m标高以上的二1煤层，不受底板水的威胁。
三、结论：
通过斯列沙列夫公式计算，承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受的水头值大于实际水头值。
根据《煤矿安全规程》269条规定，东坪煤矿可以“带水压开采”，但必须制订安全措施。
根据突水系数公式计算后得知，开采＋50m标高以上的二1煤层，不受突水威胁；在－50～＋50m标高之间的富水区或底板受构造破坏块段开采二1煤层时，受突水威胁；在－50～＋50m 标高之间的正常块段开采二1煤层时，不受突水威胁；开采-50m 标高以下二1煤层时，受水害威胁比较严重。
为此，东坪煤矿特制订“带压开采”安全措施。
东坪煤矿二1煤层“带压开采”安全技术措施
根据《煤矿安全规程》和《煤矿防治水工作条例》张沟煤矿所采二1煤为带压开采。
由于煤层底板隔水层平均厚度45m，根据以上计算的参数，依据《煤矿安全规程》第269条规定，是可以带水压开采的，特制定以下安全技术措施。
1、加强对“带压开采”工作的领导，成立“带压开采”领导小组
组长：张旭
副组长：刘罗义袁中亮
成员：王建锋张海坤李金标赵福超
李四虎刘永坡
办公室设在地质科，办公室主任：王建锋（兼）
带压开采领导小组要根据矿井生产接替情况，定期组织对井田内带压开采问题进行分析，研究和制定相应治理方案及安全技术措施。
2、充分发挥装备作用，搞好“带压开采”工作。
目前拥有的设备为IXU—150型液压钻机2台，设备必须保持完好状态。
3、在开采时要利用物探、钻探手段，查明煤层底板承压含水层的赋存及补给水源情况，为安全生产及防治水工作提供可靠的依据。
4、查明各采掘面底板与承压含水层之间的隔水层厚度，并与安全隔水层厚度比较，当局部区域煤层底板隔水层厚度小于临界水层厚度时，采取局部注浆前措施，加固底板隔水层，改造含水层为隔水层，增加隔水底板的厚度和强度，增强隔水底板的隔水能力等特殊措施或留设煤柱禁止开采。
5、在+50m标高以上时，可以正常开采；在+50m~-50m标高之间正常区域，也可以正常开采；在+50m~-50m标高之间富水区或构造复杂区，采取局部注浆加固措施，对底板裂隙或构造带进行加固，确认无突水危险后方可进行采掘活动；在-50m标高以下开采时，必须采取底板物探，对物探异常区进行底板注浆改造加固，确认无突水危险后方可开采。
6、采用物探手段，结合钻探等手段查明井田内落差大于5m
的断层具体位置、含水性、导水等水文地质条件，分析是否存在与L1—4+∈3灰岩含水层导通的可能性，并按《规程》规定留设防水煤（岩）性。
在断层防水煤柱内严禁开采，若巷道必须穿过与L1—4+∈3灰岩含水层有水力联系的导水断层时，要采取超前预注浆的方法封堵加固围岩特别是加固底板及断层破碎带，并采取超前探放水、边探边进及增加排水能力等措施。
7、主要岩石巷道设计与布置时，对L1—4+∈3灰岩含水层应当采取隔离或留足防水岩柱的防治措施。
8、在采掘过程中，要严格执行“预测预报、有疑必探，先探后掘、先治后采”的原则。
9、对有突水危险的地区，需进行局部注浆加固底板隔水层时，则另行编制专门的防治水措施，并按权限上报上级有关部门批准后方能进行生产。
10、加强对煤层底板各主要含水层的水位观测，及时掌握水位变化情况，指导煤矿生产。
11、矿井主排水系统及采区排水系统要定期进行检修测试，确保正常运转。
12、每个工作面设计前，要认真查明采区内地质构造及水文地质条件，对工作面涌水量进行预测，并提出合理的防治水措施及建议，设计足够的临时水仓和排水设备，投产前一定要建立可靠的排水阵地。