探放技术

探放技术（精选七篇）

探放技术 篇1

1工程概况

鹤煤公司十矿位于鹤壁矿区南部, 井田走向长5.5 km, 倾斜长1.9 km, 面积10.45 km2, 设计生产能力60万t/a。可采煤层为二叠系山西组二1煤, 回风巷沿二1煤底板掘进, 方位355°55′, 巷道断面4.2 m×3.0 m, U型棚支护。由于受1202中工作面运输巷两端高、中间低的地质条件所限, 工作面回采后形成一个采空区, 积水平均深7.09 m, 属中等偏复杂煤层, 采用走向长壁炮采工艺。

1204回风巷位于鹤煤十矿12采区中部, 西边紧邻1202中工作面 (已回采) , 积水面积约1 954 m2, 工作面在回采期间, 经过实测, 正常涌水量为5～6 m3/h, 动水量约5 m3/h, 水能自流。由于地质条件限制, 采空区内积水严重。

2积水来源及涌水量计算

2.1积水来源

(1) 1202中工作面老空区积水范围。

从1202中运输巷积水外缘g106测点开始, 积水长度257 m, 积水外缘标高-201.719 m, 最低标高-210.508 m, 积水水质为顶底板砂岩水。

(2) 老空水的充水水源。

工作面回采后顶底板隔水层被破坏, 顶底板砂岩水通过空隙流入最低处。

2.2涌水量Q积计算

Q积undefined

式中, K为采空区或巷道的充水系数, 采空区一般采用0.25～0.50, 取0.30;M为采空区的平均采高线或煤厚, 取3.5 m;F为采空区积水区的水平投影面积, 取1 954 m2;α为煤层倾角, 取25°。

计算得 Q积=2 263 m3。

3探放水控制措施

根据工作面设计, 1204回风巷与1202中运输巷的间距为3～4 m。因此, 为保证1204回风巷的安全顺利掘进, 同时为1204工作面的回采创造安全的水文地质条件, 在1204回风巷掘进至积水外缘边界开始对1202中工作面老空水从高处往低处进行无压探放。其排水路线:工作面→1204工作面回风巷→1202中工作面运输巷→1202运输斜巷→1202运输平巷→胶带运输上山→-575 m大巷→井底水仓。

3.1施工要求

(1) 由于1204回风巷与1202中工作面运输巷间距较近, 经研究, 在1204回风巷g505测点前53 m积水外缘边界开始探放 (表1) , 第二探放位置设计在g505测点前91 m (表2) , 每探放1次保留20 m的超前距。

注:1#、2#孔钻探到11.5 m透钻场, 穿5 m透巷道;3#、4#孔钻探到11 m透钻场, 穿12 m透巷道;5#、6#孔钻探到11 m透钻场, 穿21 m透巷道。

注:1#、2#孔钻探到6.5 m透钻场, 穿16 m透巷道;5#、6#孔钻探到27.5 m透钻场, 穿24 m透巷道。

(2) 钻孔布置。根据《煤矿防治水规定》第九十四条:对于积水区肯定是在巷道一侧的探水地区, 其探水钻孔可按半扇形布置, 每次探放设计3个方位共6个钻孔, 探水钻孔在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形成组布设 (图1) , 钻孔终孔位置以满足平距3 m为准, 厚煤层内各孔终孔垂距不得超过1.5 m, 要求在掘进面探放, 巷道断面4.2 m×3.0 m, 开孔严格按设计施工, 开孔位置上帮距离巷底1.3 m, 孔间距0.3 m。

3.2钻孔施工工艺

(1) 钻孔开孔选择Ø94 mm钻头, 钻进3.5 m后停钻, 下Ø76 mm止水套管3 m, 并外露0.3 m。将封孔用的聚氨酯迅速缠在准备好的Ø38 mm胶管上, 然后送入钻孔内, 膨胀后达到封孔目的。

(2) 套管安装好后, 采用Ø75 mm钻头进行钻进。

(3) 钻进过程中, 要及时做好原始记录, 不得涂改和追记。

(4) 所有施工钻孔, 钻探到出水后再向前穿3 m终孔, 如未出水, 刚钻探到设计孔深。

3.3探放水结束标准

老空水放水结束标准:必须有2个以上在原出水孔下方的钻孔证实无水时, 方可结束放水工程;如有动水量, 在钻探过程中出水量小于动水量, 也可结束放水工程。

4结语

(1) 老空区积水主要原因是由于顶底板隔水层受到破坏。给出了老空区积水量计算公式, 通过计算得出老空区积水量为2 263 m3。

(2) “三方位六钻孔半扇形布置”方式较好地控制了积水排出, 采用聚氨酯膨胀封孔, 效果显著。

摘要：三软煤层老空区探放水一直是个难题。在三软煤层中, 封孔不被破坏, 孔口管壁外不渗水、不涌水, 是保证探放水工作取得良好效果的关键。分析了1204回风巷老空区积水的来源, 并对老空区积水量进行了计算, 提出了钻孔参数及钻孔的合理布置措施, 较好地控制了老空区的积水问题。

关键词：三软煤层,回风巷,探放水,钻孔

参考文献

[1]车树成, 张荣伟.煤矿地质学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2006.

[2]张军工.采动影响区老空积水原因分析[J].煤炭工程, 2006 (10) :35-37.

探放技术 篇2

山西晋煤集团晋圣鸿升煤业有限公司位于晋城市城区西南约3 km处西上庄吴家沟村, 为单独保留矿井, 井田面积2.754 4 km2。矿井批准开采煤层为二叠系下统山西组3#煤层, 平均煤厚3.22 m, 9#、15#煤层位于石炭系上统太原组, 9#煤层平均煤厚1.25 m, 15#煤层平均煤厚1.81 m。矿井主采煤层为15#煤层。

该矿由于3#、9#煤层埋藏较浅, 整合前井田内和周边有许多小煤矿, 这些小煤矿多年以来私挖乱采, 导致形成了许多采空区域, 而这类采空范围的具体位置、空间形状、积水情况等, 由于历史原因已无资料可究, 对下组15#煤层的开采形成了一定威胁。

本文根据矿井采空区实际情况, 采用立体采空区探放施工技术, 即地面物探加钻探, 井下采取物探先行、钻探验证的采空区探放施工技术, 很好地解决了井下采掘工作的盲目性, 确保了矿井安全生产。

1 采空积水特点

矿井采空积水有两个特征[1,2]:a) 采空区的形成非常复杂。煤田开采历史悠久, 小煤窑采空区遍布整个煤田, 这些小窑往往是地方、乡、镇及村庄个体办的, 在开采过程中私挖滥采, 没有任何资料, 是目前采空区防治工作中的难点;b) 采空积水来源比较丰富。采空区形成后, 通过各种途径水源补给, 最终在采空区汇集了大量积水, 形成采空积水。煤田采空积水的补给水源相对丰富, 主要有地表水、采空区之间沟通后产生的水、井下生产用水等。

根据矿井采空区实际情况, 采取了如下采空区探放施工技术:地面和井下相互对应立体式采空区探放施工技术, 即地面采取物探和钻探, 井下采取化探、物探和钻探验证等多种方法对矿井采空区进行探放的施工技术, 确保矿井安全生产。

2 井田对应的地面位置上采用瞬变电磁法勘探和钻探

为保证矿井安全生产, 了解勘探区内采空区的分布及赋水情况, 对本矿区进行了瞬变电磁勘探工作。根据勘探结果, 3#、9#煤层异常区、富水区分布状况如下。

a) 一采区上覆9#煤层采空异常区、富水异常区分布状况如图1所示。

从图1中可看出, 采空异常区范围较大, 共5处, 呈多个形状不规则的低阻区域, 多为小窑破坏区和古空区。区域中富水异常区共4处, 多为老空区局部积水;

b) 一采区上覆3#煤层采空异常区、富水异常区分布状况如图2所示。

a.煤层异常区;b.富水异常区

a.煤层异常区;b.富水异常区

从图2中可看出, 采空异常区域范围较大, 几乎覆盖整个测区;推测是由于3#煤层埋藏较浅且已被先期开采。富水异常区域共有9处;

c) 地面钻探。为了查明地面物探所探异常区的情况, 在井田一采区对应地表布置了4个地质钻孔, 基本查明了井下采空区情况。查明了一采区煤层赋存情况, 即15#煤层上距9#煤31.05 m~33 m, 平均31.81 m, 上距3#煤56.8 m~79.95 m, 平均71.84 m, 钻探结果与物探结果基本吻合。

3 井下采用物探先行钻孔探验证的施工技术

3.1 掘井工作面

采用“物探+钻探验证”施工技术, 矿井利用全方位探测仪对井下所要掘进巷道进行先行物探, 然后再根据物探结果进行钻探验证。物探范围为掘进工作面前方80 m~120 m区域, 若物探结果无异常区域, 设计探放水施工5个钻孔, 呈扇形布置;若物探结果有异常区域, 则按照《煤矿防治水规定》设计探放水施工15个钻孔, 探明前方水体具体空间位置和产状, 结合观测的出水情况和矿井排水能力, 采取措施有效组织放水作业, 以彻底解除水患。

3.2 回采工作面

采用“物探+钻探验证”施工技术, 矿井利用全方位探测仪对回采工作面进行先行物探, 查明回采工作面上覆采区的位置及积水情况, 然后进行地面物探和井下物探, 对症下药, 利用钻探进行验证, 即在工作面2个顺槽最低点和物探异常区布置钻场, 对上覆采空区进行探放。

4 效果分析

矿井一采区已施工完一采区进回风大巷、回采工作面顺槽、15101工作面和15102工作面, 从目前效果来看, 矿井采用这种立体采空区探放技术, 很好地解决了掘进前行和回采工作面回采的水患问题, 达到事半功倍的效果, 很好地起到采掘生产的眼睛作用, 矿井至今没有发生一起无计划贯通和突水事故, 取得了一定经济效益和社会效益。

5 结语

针对山西晋煤集团晋圣鸿升煤业有限公司区域的小煤矿多年以来私挖乱采导致大量矿井采空区威胁现场安全生产的实际情况, 采用立体的采空区探放施工技术, 即地面物探加钻探, 井下采取物探先行、钻探验证的采空区探放施工技术, 很好地解决了井下采掘工作面生产的盲目性, 减少了钻探施工工作量, 提高了矿井采掘施工进度, 确保了矿井安全生产。

摘要：根据矿井采空区实际情况, 采用立体的采空区探放施工技术很好地解决了井下采掘工作面生产的盲目性, 减少钻探施工工作量, 提高矿井采掘施工进度, 确保矿井安全生产。

关键词：煤炭,开采,研究

参考文献

[1]张庆宝, 何健波, 田海义.结构复杂厚煤层综放开采放煤工艺研究[J].煤炭技术, 2006, 25 (3) :16-18.

探放技术 篇3

关键词：老塘水,探放孔,塌孔

1 概况

恒源煤矿Ⅱ619工作面位于Ⅱ61采区中下部, 设计为走向长壁式综采工作面。Ⅱ619工作面上部为已回采完毕的Ⅱ617工作面, 下部为已回采完毕的Ⅱ6111工作面。工作面设计两巷均为沿空掘进, 与上、下部已回采的工作面间留设4.5 m煤柱。

由于Ⅱ617风巷老塘动水量有120 m3/h左右, 且局部地段存在老塘积水区, 其中本次探放地点老塘积水424 m3左右 (静储量) 。Ⅱ619工作面沿空风巷掘进施工存在较严重的安全隐患 (Ⅱ619沿空风巷暂未施工) , 需提前对老塘积水进行探放, 消除安全隐患。

在Ⅱ619沿空机巷, 施工探巷对Ⅱ619工作面内部构造发育情况进行探查, 同时作为老塘水探放的施工地点和疏水通道。钻探施工平面如图1所示。

2 钻探设备选型及钻孔参数

本次老塘水探查, 选择ZLJ4000型钻机施工, 使用SGB-6-10型注浆泵注浆固管。具体施工参数如表1所示。

3 相关技术要求

(1) 钻孔施工顺序:先施工T1, 再施工T2、T3、T4孔。

(2) 钻孔采用直径133 mm的钻头开孔, 施工10.5 m, 埋设直径108 mm孔口管10 m, 采用水灰比为1∶1的42.5#普通硅酸盐水泥浆对孔口管进行灌注 (孔口管置入钻孔中后, 孔口管四周先用锚固剂填充密实, 并在正上方预留一引流管, 作为出气和出浆用) 。孔口管埋设好之后, 待凝固48 h后, 扫孔至孔底进行耐压试验, 试验压力不小于4 MPa。

(3) 耐压试验结束, 恢复钻进。

(4) 钻透老塘后如出水大于30 m3/h, 则钻杆不能立即拔出, 待水量明显减小后, 才能拔出钻杆, 然后利用高压闸阀控制放水。

4 施工过程中存在的问题

以T2孔为例, T2孔为全煤孔, 采用直径133 mm钻头开孔带直径63.5 mm钻杆, 带127 mm导向, 施工4 m, 埋设直径108 mm孔口管3.5 m。埋设一路套管后采用直径110 mm钻头, 带直径89 mm导向, 施工10 m后, 埋设二路套管10 m。施工过程中由于6煤层煤质松软, 垂直裂隙较发育, 煤层钻进施工过程中采用水为介质排出岩粉, 钻孔在施工至5.3 m处出现塌孔现象。起出钻杆后采用水灰比1∶1的42.5#普通硅酸盐水泥浆对孔进行注浆, 注浆后扫孔钻进, 在施工至7.5 m处又出现塌孔现象。注浆处理塌孔的方法效果不明显, 频繁塌孔复注浆导致钻探效率低。

5 解决方案

(1) 优化钻孔设计参数, 保证钻孔倾角大于-7°。钻孔俯角施工情况下, 避免钻孔斜长大于50 m。

(2) 钻孔在煤中钻进时, 采用水作为介质排出煤粉, 由于煤层较为松软, 且高角度裂隙较为发育, 钻孔揭露处煤壁容易受潮塌孔。采用压风为介质排出煤粉可保证钻孔揭露处煤壁完整, 减少塌孔情况出现。

(3) 使用深螺纹钻杆代替平钻杆, 煤屑在钻杆自转时通过深螺纹排出。

(4) 钻孔角度尽量设计为仰角孔, 这样更能便于煤屑通过压风排出。钻孔斜长在设计时候考虑到风压大小予以更改, 便于压风能正常排出煤屑。

(5) 使用四翼钻头, 增加钻头与煤层的接触面积, 并轻压慢钻, 降低钻进过程中对煤层的破坏程度。

(6) 出水的探放孔必须保持其出水通畅, 如孔内塌孔、堵塞严重, 可扫孔后在孔内置入直径75 mm的“花管”, 保证老塘水排水通畅。

6 各钻孔钻具组合及出水情况

T2孔采取直径63 mm钻杆+直径75 mm钻头, 用清水冲洗岩粉施工, 施工过程中多次出现了塌孔埋钻现象。最后成功钻透了老塘, 孔内初始水量为5 m3/h, 20 h后衰减为2 m3/h。

T1孔采取直径63 mm麻花钻杆+直径75 mm钻头, 用清水冲洗岩粉施工, 孔内塌孔严重, 没有成功钻透老塘, 孔内无出水。

T3孔采取直径63 mm钻杆+直径75 mm钻头, 用清水冲洗岩粉施工, 施工过程中孔内有塌孔现象, 最后钻透老塘时孔内出现有吸钻现象, 确定钻入老塘底部。孔内初始出水为5 m3/h, 待50 h后衰减为2 m3/h。

T4孔采取直径63 mm麻花钻杆+直径75 mm钻头, 用压风冲洗岩粉施工, 施工过程较为顺利、钻透老塘后, 孔内初始出水为3 m3/h, 3 h后, 水量衰减为1 m3/h。

7 本次疏放水情况

7.1 静水量疏放

T2孔孔内初始出水5 m3/h, 20 h后衰减为2 m3/h, 累计静水量疏放100 m3;

T3孔孔内初始出水5 m3/h, 50 h后衰减为2 m3/h, 累计静水量疏放250 m3/h;

T4孔孔内初始出水3 m3/h, 3 h后衰减为1 m3/h, 累计静水量疏放9 m3/h。

7.2 动水量疏放

T2孔20 h后衰减为2 m3/h, 累计放水58 d, 累计动水量疏放2 784 m3;

T3孔50 h后衰减为2 m3/h, 累计放水43 d, 累计动水量疏放2 064 m3;

T4孔3 h后衰减为1 m3/h, 累计放水3 d, 累计动水量疏放144 m3。

8 结论

探放技术 篇4

鹤煤八矿隶属于河南煤业化工集团鹤壁煤业 (集团) 公司, 矿井始建于1958年6月, 并于1960年5月投产, 初期设计生产能力为10万t/a, 1970~1974年进行扩建, 扩建后的生产能力为60万t/a。2006年核定生产能力为81万t/a。随着采煤深度的增加, 浅部的煤层已回采结束, 留下大面积的采空区, 为预防采空区失火, 采空区内都注入大量的泥浆水, 以及原采空区内煤层顶底板砂岩水流入采空区, 以致采空区内存在大量积水。导致采空区积水成为目前鹤煤八矿生产的最大水害威胁, 成为了煤矿防治水工作的重中之重。采空区积水疏放的干净与否, 标志着防治水工作的成效如何。只有把上部采空区内积水疏放干净了, 下部的煤巷工作面才可以安全掘进, 工作面才能安全回采。

1 施工方案

由于鹤煤八矿工作面接替紧张, 32012 (中) 工作面即将回采结束、3103 (南) 工作面下顺槽还未贯通, 急需尽快对3004工作面上顺槽及北切眼进行掘进。3004 (北) 工作面位于八矿井田的中央地区, 三水平零采区的上部, 下部为未开采的3006工作面, 南部是还未掘进的3004 (南) 工作面, 北部是还未掘进的3203工作面。根据3004 (北) 工作面设计图得知, 3004 (北) 工作面上顺槽布置在3002 (北) 采空区下方, 间隔煤柱1米。由于3002采空区内有大量积水, 且水源主要为注浆水和煤层顶底板砂岩水。为了保证3004 (北) 工作面上顺槽掘进安全, 计划在30采区轨道下山通过打钻对3002采空区进行探放水。待3002 (北) 采空区积水疏放完后, 3004 (北) 工作面上顺槽方可开始安全掘进。

2 施工步骤

2.1 依据3004 (北) 工作面设计图, 编制了《3002 (北) 采空区探放水设计》。

本次打钻的钻机型号为YZ—150, 基本参数:钻进深度150m, 钻孔角度0~360度, 钻头直径75mm, 钻杆直径42mm。依据3002工作面下顺槽剖面图, 3002下顺槽口标高-468.9, 向南31米处为最低点, 最低点标高为-471.3, 积水水位标高为-450.4, 积水长度320m, 积水面积7120m2, 积水量为14240m3, 积水水压0.21MPa, 设计止水套管长度6m。设计了4个钻孔, 3个探水孔, 1个检验孔。

2.2 钻探队根据设计编制了《3002 (北) 采空区探放水施工安全技术措施》。

开孔钻进用不小于准130mm钻头, 打钻到深度7m后, 将10米长的止水套管下入孔内, 装好直径108mm止水阀, 按设计好的位置、方向和倾角, 将孔口管固定好, 然后再孔口处用锚索和钢丝绳将孔口管固定牢。待孔口管固定好后, 用纱布缠在孔口管上, 把混合好的马丽散倒在缠好的纱布内, 迅速将孔口管插入孔内。马丽散凝固1小时后, 用准75mm的钻头钻进10m, 用大于1.0MPa压力向孔内注水, 待水压稳定0.5小时后观察孔口管周围的情况, 如漏水按上述要求重新封孔, 如不漏水方可施工。在钻进过程中, 若突然出水, 水压大出现顶钻, 憋钻现象, 立即停止钻进, 关闭水闸门, 但不得拔出钻杆, 须将人员撤到安全地点, 及时向矿调度汇报。

2.3 钻探队按照设计在30采区轨道下山设计位置固定钻孔方位、倾角进行施工, 先施工了3个探放水孔:

(1) 号孔方位角200°, 倾角40°, 孔深52米处出水, 又向前打到59米到采空区顶板, 初始出水量35m3/h, 水压0.07MPa。 (2) 号孔方位角185°, 倾角28°, 孔深66米处出水, 又向前打到76米到采空区顶板初始出水量38m3/h, 水压0.1MPa。 (3) 号孔方位角170°, 倾角19°, 孔深61m处出水, 又向前打到72米到采空区顶板, 初始出水量45m3/h, 水压0.18Mpa。历时5天后, 3个钻孔均不再出水后, 又用钻机对3个钻孔分别进行了涮孔, 仍不再出水。然后施工了 (4) 号孔, 方位角170°, 倾角28°, 孔深打到53米到采空区顶板, 未出水。详见实际钻孔一览表 (表2) 。

2.4 为了确保放水量计量准确, 在30采区轨道下山对3002 (北) 采空区进行探放水在止水套管上加装了一个水表, 水表可以24小时连续测量放水总量, 本次探放水历时5天, 共放水14160m3。

由防治水评价小组对3002 (北) 采空区探放水工程进行了评价, 消除了水害威胁, 编制探放水总结, 给施工单位下发了允许掘进通知书。现3004 (北) 工作面上顺槽及3004切眼已安全掘进结束, 未发生突水事故, 验证了3002 (北) 采空区积水已全部疏放干净, 确保了3004 (北) 综采工作面的安全回采。

3 结语

通过“岩巷探放采空区积水技术”在煤矿生产中的应用, 利用玛丽散封孔材料替代水泥浆对止水套管 (孔口管) 进行加固, 且在止水套管加装水表, 仅需1.5小时就可以将止水套管加固好, 且抗压强度超过1MPa, 满足探放水工程需要。原采用水泥浆建筑止水敦, 水泥凝固时间就要72小时, 注水待压4个小时后不漏水, 方可施工。现采用该“岩巷探放水技术”其放水量大, 施工安全、快捷, 不易堵孔且放水量计量准确, 有效解决了在煤巷探放采空区积水中放水量小, 速度缓慢, 易堵孔, 且安全系数低的局面, 间接大大提高了采空区下煤巷掘进进度, 消除了水害威胁, 确保了煤巷在采空区下掘进安全, 很值得推广应用。

参考文献

[1]张振普.煤矿安全生产管理与技术[M].江苏:中国矿业大学出版社, 2008-05.

[2]国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定[M].煤炭工业出版社, 2009-11.

义煤集团矿井水探放浅析 篇5

尽管如此, 1995年11月5日, 新安煤矿12采区12161掘进工作面在掘进过程中发生突水, 最大涌水量4 527 m3/h, 由于矿井排水能力有限, 造成淹井事故;曹窑矿东井27080工作面在工作面回采过程中, 由于隔水层较薄, 回采后底板破裂, 于2006年12月23日发生突水, 水源为奥陶系灰岩承压水, 最大涌水量1 693 m3/h。上述两矿井2次突水事故均说明, 矿井在采掘过程中仍会受到突水威胁, 必须采取有效措施进行矿井水的探放与防治。

1含水地层概况

煤层底板太原组 (C3t) 砂岩、灰岩岩溶裂隙承压含水层为矿井直接充水含水层, 下伏奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层为矿井间接充水含水层;其间有本溪组 (C2b) 铝土质泥岩、铝土岩隔水层。各井田底板太原组 (C3t) 含水地层、本溪组 (C2b) 隔水地层及厚度统计见表1。

本溪组 (C2b) 铝土岩隔水层致密不透水, 层位稳定, 在煤田内普遍发育, 该隔水层隔断了太原组 (C3t) 含水层与奥陶系马家沟组 (O2m) 含水层之间的水力联系。奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水钻孔单位最大涌水量qmax=2.396 L/ (s·m) 。正常情况下, 奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水由本溪组 (C2b) 铝土岩隔断与太原组 (C3t) 含水层之间的水力联系, 不会对开采造成影响, 但若遇到陷落柱或断层导通, 则可对矿井造成危害。

2矿井水探放原则

《矿井水文地质规程》 (试行1984) 、《煤矿防治水工作条例》 (试行1986) 及《井下探放水技术规范》规定每个矿井必须做好水害工作预报, 坚持“有疑必探、先探后掘”的原则, 巷道掘进前必须采用钻探、物探等方法查清水文地质条件。在水压大于0.1 MPa的地点探放水应预先固结套管, 套管口应安装闸阀。套管长度、超前距的确定见表2。原则上煤层内不得探放高压充水断层、含水层及陷落柱水。探放小煤矿采空区积水和矿采空区积水要超前钻探, 超前距不得小于20 m。结合义煤集团公司陕渑及新安二煤田地层条件及以往工作经验, 义煤集团公司探水工作重点为探放断层水、采空区积水及底板高压承压水。

3断层水探放

按断层两盘的相对位移可分为:正断层、逆断层 (冲断层、逆掩断层、辗掩断层、叠瓦式断层) 和平移断层。一般正断层为张性断层, 其断层面两侧岩石较破碎, 断层带内岩石呈角砾状, 是较好的储水构造, 也是较好的导水通道。逆断层力学性质一般为压性断层, 断层面岩石呈糜棱状碎裂岩、断层泥, 该类断层一般具有良好的隔水性;但断层面两侧的次生构造 (次生节理、张性断层) 却具储水性能。平移断层储水导水性能介于正断层与逆断层之间。

《矿井水文地质规程》 (试行1984) 第31条规定, 井巷通过导水或可能导水断层前, 必须超前探水。探水线至断层交界线的最小距离不得小于20 m, 水压大于2.0 MPa时应按比例增大。应分析煤炭勘探报告, 核准 (包括补钻探明) 断层产状、位置, 分析断层带的富水性, 并在平面图、剖面图上确定断层与采掘工作面的空间几何关系。当井巷通过含导水断层时应进行注浆封闭, 并加强支护。对与强含水层连通的导水断层, 必须按规定留设防水煤柱。

落差较大的正断层, 往往能沟通几个含水层, 生产中都应引起重视。而对落差较小的断层也不能忽视。新安煤矿12161工作面煤巷掘进突水事故就是因掘穿落差为4 m的F3导水断层而引起奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水涌入矿井, 造成淹井事故。

4底板水探放

陕渑、新安煤田有影响的直接充水含水层主要为石炭系太原组 (C3t) 砂岩裂隙、灰岩裂隙岩溶水, 灰岩中溶洞较小且溶洞较少, 相对导水能力较差, 渗透系数较小, 且豫西地区为贫水区, 该含水层补给来源相对较差。一般情况下, 在开拓、掘进及采煤过程中, 经过疏放, 该含水层水压降低, 水量减小。如:石壕矿12161工作面, 1997年在中巷探放底板水, 0～25 m地层为泥岩、砂岩、砂质泥岩互层地层, 岩心完整, 钻孔无涌水, 泥浆消耗量少;25.0～27.5 m为细砂岩地层, 孔内涌水量0.1～0.3 m3/h;32.13～32.68 m为太原组灰岩地层, 为含水层, 钻进至该段后涌水量由0.3 m3/h增至4.4 m3/h;32.68～36.98 m钻孔涌水量增至18 m3/h, 水压0.5 MPa (根据石壕煤矿煤炭详查报告, 石炭系太原组 (C3t) 含水层在勘探点附近水压应为2.5 MPa, 由于井巷开拓及工作面疏水, 且太原组 (C3t) 灰岩含水层补给能力不足造成水位下降) 。经过2.5个月观测, 涌水量减小到8 m3/h, 由于基本顶来压孔口管被剪断, 无法观测水压。后在钻孔内下入软木塞止水, 注水泥砂浆封闭。

虽然正常情况下, 太原组 (C3t) 砂岩裂隙、灰岩裂隙岩溶水水量较小, 不会对采煤造成危害, 但若遇到导水断层或本溪组 (C2b) 铝土岩较薄, 或出现陷落柱造成奥陶系 (O2m) 灰岩岩溶裂隙承压水与太原组 (C3t) 砂岩裂隙、灰岩裂隙岩溶水沟通, 在工作面回采后, 底板破裂也可导致突水。因此, 应结合煤炭勘查报告, 对有突水威胁的工作面, 回采前必须探放水, 探水前应采用物探法确定含水层埋深及厚度, 在有突水危险的地点进行钻探。钻探前应有施工措施, 必须按要求准备排水泵和开挖临时水仓, 钻孔应做孔口装置, 并按要求做耐压试验。同时, 钻探过程要做到短平快。若探明水体对工作面不会造成影响, 应尽快封闭钻孔;若探明水体对回采有影响, 应积极组织排放水、注浆加固底板或留隔水煤柱。

5采空区水探放

采空区水为工作面回采后, 由于应力释放, 造成顶板垮落、底板破裂而引起顶底板含水层中水进入采空区聚集而成, 或采掘后废弃的小煤矿、老硐、废弃井巷中的积水。该种水水量大而水压较小, 如在其附近开采工作面, 或开采巷道时, 应以平面图、剖面图确切反映积水区与采掘工作面的关系, 分析其主要的充水因素, 预计可能的积水量和动水量。掘进工作面进入积水警戒线后, 必须超前探水, 并在距积水边界20 m处停止掘进, 进行打钻放水, 在确定积水基本放净后, 才允许掘进。探放水钻孔必须具有孔口控水装置。1998年, 石壕煤矿三区某工作面下山水平掘进巷道掘进过程中接近采空区, 由于未采取探放水措施, 巷道掘进面接近采空区时, 造成采空区水溃入巷道内, 致使开拓下山被淹, 电缆电机报废, 幸好汇报及时, 下山工作人员及时撤离, 无人员伤亡;直接经济损失200多万元。

因此, 对于有充水可能的采空区、老硐、废小煤矿必须进行探放水工作, 探放水过程中, 应制定安全技术措施。

6结语

(1) 义煤集团所属陕渑、新安煤田各井田, 在受水威胁的工作面及掘进巷道必须进行探放水, 探放水工作应根据煤炭地质勘探报告并结合物探法进行。

(2) 探水钻窝不宜过大, 钻窝应进行喷锚支护。探水施工时, 应按《矿井水文地质规程》规定安装孔口管。孔口管宜采用厚壁无缝钢管。探放水施工应快, 工期应短。当探放水达到观测目的后, 应及时进行高压注浆封闭, 防止孔内坍塌变形引起不良后果。

摘要：义煤集团陕渑煤田、新安煤田属水文地质条件简单矿井, 但矿井在采掘过程中仍会受到突水威胁, 必须采取有效措施进行矿井水的探放与防治。介绍了义煤集团公司在进行断层水、底板高压承压水及采空区水探放过程中采取的不同方法和措施。

关键词：承压水,孔口管,探放水,注浆技术

参考文献

[1]王大纯.水文地质学基础[M].北京:地质出版社, 1989.

[2]沈明荣.岩体力学[M].上海:同济大学出版社, 2000.

[3]煤炭工业部.矿井水文地质规程[M].北京:煤炭工业出版社, 1984.

石壕煤矿探放老空水实践 篇6

1 工作面概况

(1) 13231采空区存水情况。

13251工作面上部为13231采空区, 13231工作面走向长560 m, 倾斜长110 m, 采空区面积为61 600 m2。13231工作面在回采时, 煤层顶板砂岩有淋水现象, 其涌水量为8 m3/h。13231工作面回采结束后, 采空区内部存在积水, 积水通过其运输巷往外流出, 运输巷里低外高, 运输巷口与巷道最低点高差为24 m, 预计采空区积水量为53 260 m3。

(2) 13251工作面地质概况。

13251工作面开采煤层为二叠系山西组二1煤层, 煤厚变化较大, 1～7 m, 平均厚度5.5 m, 局部含夹矸, 埋深414～385 m, 煤层倾角8°～16°。直接顶为长石石英砂岩, 厚度15～40 m, 平均厚度19 m。伪顶为泥岩及砂质泥岩, 平均厚度1 m, 呈灰黑色, 含植物化石, 随采随落;直接底为泥岩、炭质泥岩, 厚6～11 m, 平均9.26 m, 呈灰黑色;按照13231工作面地测资料预测, 13251工作面回风巷、运输巷为里低外高。

2 防水方案设计

(1) 13231采空区积水计算。

根据工作面巷道标高划出积水线AC (图1) , 即在AC线以下的为积水区, A与B点距离为550 m, C与B点距离为110 m。运输巷最外点A点标高与切眼之测点C标高相同, 积水标高确定为+176 m。积水区面积为31 185 m2。该工作面平均采高4.5 m, 煤层倾角12°。采空区静水量按 W静=KMF/cosα计算。其中, K为充水系数, 取0.3;M为采高;F为积水区面积;α为煤层倾角。经计算得积水量W静=42 100 m3。

(2) 工作面防水煤柱设计。

13251工作面设计走向长600 m, 倾斜长110 m。采空区内预计积水量为42 100 m3, 因此, 在13251工作面回风巷设计时必须把防治水作为主要的考虑因素, 回风巷设计有2个方案:①沿空掘巷, 掘进工作面一直有老空水存在, 施工条件恶劣, 不便施工。②留设煤柱护巷, 超前预测积水量, 每掘进30～50 m, 对采空区进行1次探放水。通过方案比较, 采用留设煤柱护巷方案, 巷道标高最大高差24 m, 水压0.24 Pa。考虑安全系数, 经过计算, 防水煤柱留设10 m。

3 工作面回风巷探放水设计

(1) 钻孔设计。

在掘进13251回风巷时, 每间隔30 m进行1次探放, 每个探放点钻孔布置情况:钻孔1, 垂直巷道上帮, 以10°～15°角度向里钻进15 m;钻孔2, 垂直巷道上帮方向, 与钻孔1间隔0.5～1.0 m, 向里侧偏15°角度钻进1个钻孔 (图2) 。每个钻孔应准备Ø101.6 mm钢管2根做孔口管, 每根长度2.5 m, 中间以丝扣连接, 其中1根焊接法兰盘, 可安装阀门, 并准备配套的阀门及排水管道。

(2) 掘临时水仓。

13251回风巷每掘进30 m, 由作业人员对其上帮进行钻探放水, 一次放出水量预计在2 500 m3左右, 应提前掘好排水临时水仓。

4 探放水施工

(1) 建立排水系统。

在排水地点安装2台30 kW、额定排水量100 m3/h、扬程100 m的潜水泵, 13251回风巷第1个泵坑处安装2台5DA8多级水泵, 排水量108 m3/h, 扬程100 m, 均实行双电源供电。其中1台工作, 1台备用。2趟排水管路直接敷设到大巷。探水前对管路、供电系统及电机等设备进行实验、检修维护, 保证设备完好、管道畅通;清挖泵坑, 保证有足够的容积。

(2) 打放水钻孔。

做好探水前准备工作, 探水地点3 m范围内, 将巷道支架用坑木和木背板背严背实, 防止水力过大将支架冲垮。背板规格为1 000 mm×150 mm×5 mm。清理道路, 确保通道上无工字钢及矿车等影响人员及设备撤离的杂物。采用ZDJ40型矿用架柱式电动钻机, 按钻孔设计角度安装钻机, 将钻机固定牢固, 先钻进2.5 m, 然后将1根孔口管沿钻孔以大锤打入煤壁, 打管子时必须以木块垫在管口;再钻进2.5 m, 将第2根孔口管与第1根孔口管连接打入煤壁, 带法兰盘的一端留在外面。之后将钻杆置于孔口管内向里钻进, 钻至出水后立即在法兰盘上安装阀门, 进行有控制的排水。钻探到积水位置, 要引起高度重视。发现水量、水压增大应立即停止钻进, 但不得将钻杆拔出, 以防压力水突出。发现异常要及时上报, 以便调度室及时通知生产科及有关领导, 采取放水措施。

(3) 放水监测。

放水时必须有跟班队干及生产科地测人员现场跟班记录, 记录水量、水压的变化情况。当放水孔不流水时, 要进行检查, 判断是否为异物堵塞, 必要时, 重新打孔确认。经过生产技术人员检查, 确认无问题后, 方可下达复工通知。

(4) 技术措施。

编制并落实《13251工作面探放水预案和措施》, 明确避灾路线及防治水措施。一旦发生水灾, 可以有条不紊地进行救灾工作。

5 施工中注意问题

(1) 在该区域内掘进时, 严格执行“由外向里, 逐步探放”的原则, 在巷道掘进时, 每掘进30 m就对老空水进行1次探放。同时, 要求负责该巷道掘进工作的开一队提前准备好排水设备及设施的建造安装工作, 在排水时做到有备无患、有条不紊。

(2) 每次放水结束后, 重新计算老空水积水量, 确定积水线及水位标高, 可以有效地预计安全距离及水泵安装的有效位置。在原措施的基础上重新修订《13251回风巷探放水补充措施》, 制订新的探放水技术要求, 通过多次对老空水进行探放, 直到原13231采空区切眼最里段的标高最低点的积水安全有效被排出。

(3) 每次探放过程中, 地测技术人员都应到现场进行技术指导和观察记录, 密切关注钻进过程。煤壁的含水程度越高, 钻探时钻杆距积水区越近, 钻进速度越慢, 且当煤壁钻透后会有轻微顶钻现象, 随即有很小的水流自钻孔流出。钻杆拔出后, 先是有小股煤泥缓慢断续流出, 然后煤泥流量增大并逐渐有水和煤泥混合在一起流出, 很快积水就自孔内涌出并增大。如果没有背帮背顶等措施, 将会造成积水刷孔并冲垮支柱。

(4) 积水放出后, 待命的人员立即将已备好的装有粉煤或黄土的编织袋将巷道闸起, 同时准备好水泵的启动工作, 开始排水。此时, 积水很快到达预定水位标高, 放水工作从而转变为正常排水工作。

6 结语

复杂水文地质条件老空水探放实践 篇7

为扭转安全、掘进被动局部, 实现老空水的安全高效疏放, 根据工作面目前实际, 经多方技术论证, 决定从2814采空区正下的北翼二水平专用回风巷进行探放水。实践证明, 该方案放水效果良好。

1 矿井及工作面概况

鹤煤六矿位于鹤壁市东, 鹤壁煤田东部, 南起张庄向斜, 北、西至F40正断层及二1煤露头, 东止煤层-800 m底板等高线, 南北走向长9.5 km, 东西倾向宽2.7 km, 井田面积18.55 km2, 可采煤层为山西组二1煤层, 赋存总体属稳定—较稳定煤层, 结构简单, 煤层埋藏深130~950 m, 平均煤厚7.48 m, 煤层平均倾角20°。

2123工作面位于矿井二水平北翼12采区, 为一新设计工作面, 工作面设计走向长700 m, 倾斜宽140 m, 地质储量42万t。该工作面上侧紧邻2814工作面采空区 (图1) , 2814工作面于2004年回采结束, 后采空区出现高温火区, 为此对该老空区进行了连续1个月的注浆灭火, 累计注浆量21 000 m3。2814工作面为一宽缓式向斜构造, 工作面两侧高, 中部低, 预计积水大部分赋存在工作面靠近胶带运输巷的中间部位, 为确保2123回风巷的顺利掘进, 消除水害危险, 在回风巷施工至积水区前需提前疏放老空水。

2 老空积水量估算

为进一步确定积水区范围及积水量大小, 在2123北回风巷掘进前利用直流电法仪对该巷进行了超前物探。根据电法探测结果, 2814采空区积水北边界为2123北回风巷开口向南130 m处;同时在掘进2123进架子道 (底板岩巷) 对2814积水南边界进行超前钻探。根据所打钻孔分析, 确定了老空积水南边界位置及标高, 积水边界标高约-357 m, 积水范围如图1所示。在采掘工程平面图上准确标注出老空水积水范围, 并计算其积水量, 公式如下:

式中, Q总为总积水量;Q采为采空区积水量;Q巷为巷道积水量;K为充水系数, 根据矿井经验, 采空区充水系数一般为0.3, 巷道充水系数一般为0.7;M为采空区的平均采高, 原2814工作面平均煤厚8.2m;F为采空区倾斜面积, 根据积水范围, 经计算采空区斜面积为4 360 m2;W为积水巷道原断面, 取值11 m2;L为巷道长度, 巷道积水长度220 m。

将数据代入公式计算得, 积水量为12 419.6m3。

3 底板岩巷探放水技术方案

3.1 探放水原则及钻孔布置

北翼二水平专用回风巷为一底板岩巷, 距煤层15~20 m, 探放水设计钻孔成组布设, 每组钻孔在竖直和水平面内均呈扇形布置, 水平距终孔位置3 m, 垂直距终孔位置1.5 m为准。在剩余积水区共设2组钻场, 每组钻场分别布置在回风巷各侧, 每个钻场施工4个钻孔, 包括1个测压孔, 1个放水孔, 2个检验孔, 共8个孔, 其中每组钻场的放水孔和测压孔共计4个孔需下套管。钻孔参数如下:一钻场放水孔巷顶向下0.8 m开孔, 方位75°、倾角29°、孔深40m;检验1孔巷顶向下1 m开孔, 方位73°、倾角28°、孔深40 m;测压孔巷顶向下1.2 m开孔, 方位71°、倾角27°、孔深40 m;检验2孔巷顶向下1.4 m开孔, 方位69°、倾角26°、孔深40 m。二钻场放水孔巷顶向下0.8 m开孔, 方位5°、倾角20°、孔深50 m;检验1孔巷顶向下1 m开孔, 方位6°、倾角19°、孔深50m;测压孔巷顶向下1.2 m开孔, 方位7°、倾角18°、孔深50 m;检验2孔巷顶向下1.4 m开孔, 方位9°、倾角17°、孔深50 m (图2) 。

3.2 孔口管固定

北翼二水平专用回风巷探放水使用ZYG-150型钻机, 套管设计长度11 m, 自开孔向里11 m段孔径为130 mm, 11 m至终孔段孔径为75 mm, 钻杆直径50 mm。开孔时选择岩层坚硬完整的位置, 钻孔施工到位后将孔内冲洗干净, 将孔口管插入孔内后, 在孔口用水泥将孔口管固定并封死, 在管的上方另留1~2个小管, 而后从孔口管内向四周压入水泥浆。超初从小管跑出空气和水, 待跑出浓水泥浆时即将小管封死, 继续向孔口管内压入水泥浆, 至一定压力后停止注浆, 关闭孔口管上的闸阀, 待泥浆凝固, 水泥浆凝固后进行扫孔, 其深度超过孔口管长度0.5~1.0 m后, 向孔内压水[1]。如水压值达到预计放水水压的1.2倍, 孔口管周围没有漏水现象, 说明符合要求;否则仍需注浆加固, 直至合格为止。

3.3 单孔放水流量预计

为确保探放水安全, 掌握放水孔流量大小, 合理配备排水设备, 在施工之前, 先对放水孔流量进行估算, 单孔放水量计算公式为:

式中, q为单孔出水量;C为流量系数, 取0.6;W为放水钻孔断面积 (Ø75 mm的钻头) ;g为重力加速度, 取9.81 m/s2;H为钻孔探放水处的水头高度。

计算钻孔的平均放水量时, 取最大水头高度的40%, 即q平=0.4×q。一钻场放水处水头高度19m, 经计算其结果为:q=0.051 2 m3/s, q平=0.020 5m3/s, 即q平=73.67 m3/h。

一钻场施工完毕老空水预计已大部疏放完, 水压已大幅度下降, 二钻场施工处剩余水头高度约7m。同理计算得, 二钻场放水孔q平=44.71 m3/h。

3.4 施工安全技术措施

(1) 钻机安装必须平稳、牢固, 并加强探水地点巷道的支护, 在工作面打好坚固的戗柱和栏板, 顶板用钢管、背木背紧背实。

(2) 施工中要由专职瓦斯检查员检查现场瓦斯及其他有害气体, 如有异常要及时采取防范措施。

(3) 探放水钻杆在钻进过程中若出现顶钻、憋钻、夹钻及钻孔出水水压较大等现象, 先不要拔出钻杆, 等水压明显减小后再作相应处理;打钻探出水后, 应保持钻孔出水畅通, 若钻孔堵塞要及时疏通, 保证顺利排放[2];孔内压力很大时, 应马上将钻杆固定, 严禁移动及起钻, 钻机后面严禁站人。

(4) 钻孔施工前, 由测量人员现场按设计标定和检查钻孔方位、倾角等, 地质防治水人员跟班观测, 记录放水量、水压 (水位) , 监督放水全过程, 确认积水放净后, 地质、安检、机电等人员检查验收孔口管安装质量。

(5) 采区泵房安装有MD155-67×7水泵2台, 单台水泵流量为155 m3/h, 1台为工作水泵, 1台为备用水泵, 排水管径为150 mm, 泵房周围安排专人加强巷道清理、水沟疏通工作。

3.5 放水过程

北翼二水平专用回风巷探放水工程累计施工12 d, 其中放水时间9 d, 一钻场放水孔最大出水量为130 m3/h, 稳定出水量65 m3/h, 一钻场测压孔初始水压为0.18 MPa, 随着放水进程逐渐减小;二钻场放水孔最大出水量为45 m3/h, 稳定出水量22m3/h, 二钻场测压孔初始水压为0.045 MPa, 后逐渐减小为0。上述2个钻场累计放水量9 800 m3。

4 施工效果

鹤煤六矿先是采用了“沿空掘巷、边探边掘”探放水方案, 该方案有现成的排水系统, 通风情况良好, 沿积水水面追水探放, 探放水期间安全系数高, 无需安设套管、闸阀等, 初始工程量小, 但放水不彻底, 且需多个探放水循环;另外, 随着逐渐进入采空积水区, 后期探放水工作安全性反而降低, 以致无法进行探放水。该方案累计施工16个孔, 钻探总进尺975 m, 放水量2 130 m3。而北翼二水平回风巷探放水方案没有现成的排水通道, 需挖水沟、打堰、排水, 风流污浊, 且只能在采掘检修期间进行探放水, 探放水地点水压大, 需安设套管等的初始工程量大, 但该方案实现了将老空水集中一次性安全疏放完毕, 累计施工4个孔, 钻探总进尺362 m, 放水量9 800 m3。实践证明, 底板岩巷探放水方案放水效果明显优于前一放水方案, 该方案的实施消除了上部老空水的威胁, 确保了工作面的安全掘进。

5 结语

老空区是一个很复杂的空间体, 探放水设计需要结合老空区及老空水赋存状态实际, 探放水方案应以从根本上消除水害威胁为出发点进行设计, 岩巷探放水工作更为高效安全快捷, 易于实现对老空水的安全集中疏放。通过此次探放水工作, 为以后的老空水探放工作积累了丰富的技术资料和生产实践, 也为类似条件下矿井探放水工作提供了借鉴。

参考文献

[1]张正浩.煤矿水害防治技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2010.