五陽(yáng)煤礦承壓水探放技術(shù)研究及設(shè)計(jì)_圖文

1、第36卷第2期煤炭科學(xué)技術(shù)Vol 136No 122008年2月COAL SC I ENCE AND TECHNOLOGYFeb .2008五陽(yáng)煤礦承壓水探放技術(shù)研究及設(shè)計(jì)程書(shū)宏1,劉仰光2(11潞安環(huán)保能源開(kāi)發(fā)股份有限公司五陽(yáng)煤礦,山西長(zhǎng)治046205;21中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇徐州221116摘要:基于探放水原則和煤礦安全生產(chǎn)特點(diǎn),介紹了在煤礦開(kāi)采工程中幾種需要進(jìn)行超前探水的情況。結(jié)合潞安五陽(yáng)煤礦的地質(zhì)情況,計(jì)算了探放水留設(shè)安全隔水煤柱的距離,并詳細(xì)制定了高承壓水探放技術(shù)方案和探水前需要注意的準(zhǔn)備工作事項(xiàng)。同時(shí),為保證探放水過(guò)程的安全性,還設(shè)計(jì)了雙套管探放水技術(shù)和能提高排水效

2、率的水桿分離器裝置。關(guān)鍵詞:探水;鉆孔;超前距;套管中圖分類號(hào):T D744文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):0253-2336(200802-0098-03 Research and desi gn on detecti on and dra i n age technology ofpressur i zed wa ter i n W uyang M i n eCHE NG Shu 2hong 1,L IU Yang 2guang2(1.W uyang M ine,L u an Environm ental Energy D ev .Co .L td .,Changzhi 046205,China

3、;2.School of Resources and Geosciences,China U niversity of M ining and Technology,Xuzhou 221116,China Abstract:Based on the water detecti on and drainage p rinci p le and the m ine safety p r oducti on features,the paper intr oduced several water p re 2detecti on conditi ons required f or the m ini

4、ng operati on p r ojects .I n combined with the geol ogical conditi ons in W uyang M ine of Lu an,the paper calculated the distance f or the safety water is olati on coal p illars f or the water detecti on and drainage and detail set up the technical p lan for the high p ressurized water detecti on

5、and drainage and the p reparati on ite m s noted before the water detecti on and drainage operati ons .Mean while,in order t o ensure the safety of the water detecti on and drainage operati ons,a double casing detecti on and drainage technol ogy and a water and r od packer device which could i m p r

6、 ove the water drainage rate were designed .Key words:water detecti on;borehole;advanced distance;casing基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973資助項(xiàng)目(2007CB209406;國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(406740741概述山西潞安環(huán)保能源開(kāi)發(fā)股份有限公司五陽(yáng)煤礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,據(jù)有關(guān)地質(zhì)資料估計(jì),鉆孔水壓約413MPa,施鉆時(shí)需設(shè)計(jì)合理的探放水方案和防噴控制裝置,否則,極有可能因高承壓水從鉆孔沖出而發(fā)生機(jī)械或人身安全事故。本文主要內(nèi)容是針對(duì)具體的地質(zhì)條件,設(shè)計(jì)了探放水方法和防噴裝置以確

7、保放水過(guò)程的安全。探放水原則是“有疑必探,先探后掘”。探放水雖然是防止水害的重要方法之一,但這項(xiàng)工作并不能把所有的水害威脅都探明,例如斷層遲到突水,必須在全面分析水文地質(zhì)資料之后,才能做出有無(wú)可能發(fā)生水害的結(jié)論。通常在下述情況下需要進(jìn)行超前探水:巷道掘進(jìn)接近采空區(qū);巷道接近含水?dāng)鄬?巷道接近或需要穿過(guò)強(qiáng)含水層;上層采空區(qū)有積水,在下層進(jìn)行采掘工作,兩層間垂直距離小于回采工作面采高的40倍或小于掘進(jìn)巷道高度的10倍時(shí);采掘工作面接近各類防水煤柱時(shí),必須提前探水,以確保煤柱尺寸的準(zhǔn)確;采掘工作面有明顯出水征兆時(shí),應(yīng)停止掘進(jìn),進(jìn)行探水。2超前距離的確定超前距離可按下式進(jìn)行計(jì)算a =015AL3PK

8、P式中a 巷道掘進(jìn)面或側(cè)幫至含水層、含水構(gòu)造之間的安全隔水巖柱(或煤層寬89程書(shū)宏等:五陽(yáng)煤礦承壓水探放技術(shù)研究及設(shè)計(jì)2008年第2期度,m;A安全系數(shù),一般取25;L巷道跨度(寬或高取最大值,m;P水頭壓力,MPa;K P隔水層平均抗張強(qiáng)度,MPa。取A=4,L=214m,水頭壓力P=413MPa,隔水層平均抗張程度為KP=112MPa,則由上式計(jì)算出探水線的超前距為a=15175m。根據(jù)水頭壓力和井下探放水技術(shù)規(guī)范(1996的規(guī)定,超前距離最小距離不小于20m,水壓大于2MPa時(shí)應(yīng)按每增加011MPa增加0151m,則超前距離為30m。表1沿巖層探斷層水、強(qiáng)含水層水時(shí)的超前距和止水套管長(zhǎng)度

9、水壓/ MPa鉆孔超前距/m水平垂直止水套管長(zhǎng)/m<110851215121023201515>3>20>15>153高承壓水探放技術(shù)方案1開(kāi)孔。開(kāi)孔前要重新標(biāo)定鉆機(jī)定軸方位和傾角,然后用直徑42mm鉆桿,接直徑108mm鉆頭開(kāi)孔。鉆進(jìn)至812m時(shí)停鉆,準(zhǔn)備下套管。按煤礦防治水工作條例的規(guī)定,沿巖層探斷層水、強(qiáng)含水層水時(shí)的鉆孔超前距和止水套管長(zhǎng)度應(yīng)按表1執(zhí)行。2注漿固套管。將直徑89mm長(zhǎng)8m套管前方接直徑89mm鋸齒鉆頭,邊回轉(zhuǎn)邊下入孔內(nèi),在進(jìn)入到最后3m套管時(shí),要纏上海帶,在制漿容器內(nèi)制好水泥漿,要求水泥漿的水灰比為11,容重16kN/m3,然后用注漿泵將水泥

10、漿壓入套管內(nèi),當(dāng)水泥漿由套管外環(huán)間隙返漿到孔口時(shí),停止注漿,用碎布搗實(shí)。停23m in后再補(bǔ)注1次,如圖1所示。3試壓試驗(yàn)。套管水泥養(yǎng)護(hù)一個(gè)星期后,用鉆頭將套管內(nèi)水泥柱掃清,套管外口接注水試壓設(shè)備,直到套管內(nèi)水壓達(dá)到510MPa時(shí)停止測(cè)壓。如測(cè)壓時(shí)壓力值未到510MPa而套管外漏水, 需采取1套管;2海帶;3壓力表;4閘閥;5鉆桿圖1探水裝置示意注漿加固補(bǔ)救措施。4孔口管控水。套管經(jīng)試壓沒(méi)問(wèn)題后開(kāi)始探水。套管外端依次用法蘭盤(pán)連接兩通、球形高壓閘閥(抗壓能力614MPa,然后將直徑42mm鉆桿接直徑60mm鉆頭下入孔內(nèi)進(jìn)行掃孔,并將剩余孔段打透。探出水后,如水壓水量不大,繼續(xù)向前鉆進(jìn)35m后停鉆

11、,此時(shí),防噴反壓裝置應(yīng)安裝完畢,然后由鉆機(jī)配合慢慢退出鉆具。待鉆頭從球形高壓閘閥4內(nèi)退出以后(圖1,立即關(guān)閉閘閥4,穩(wěn)定10m in后記下水壓值,然后連接三通、右閘閥及上閘閥(圖2,連接完畢后關(guān)閉右閘閥7,打開(kāi)左閘閥4、上閘閥6進(jìn)行放水,圖2中箭頭指向水流方向 。1套管;2海帶;3壓力表;4左閘閥;5三通;6上閘閥;7右閘閥圖2放水結(jié)構(gòu)示意5雙套管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在放水過(guò)程中,由于煤體較軟,堵孔、塌孔較為嚴(yán)重,而疏通孔既困難、麻煩,又較危險(xiǎn)。為解決放水過(guò)程中的堵孔、塌孔難題,可采用雙套管放水技術(shù),即在原套管控水的基礎(chǔ)上,再下一層套管(圖3。在安裝雙套管放水設(shè)備時(shí),將直徑73mm厚壁套管前端接直徑75

12、mm的合金鋸齒鉆頭,用150型鉆機(jī)帶動(dòng)套管直接鉆進(jìn),將套管一直下到采空區(qū)內(nèi)2m,將套管固定,并與直徑89mm套管連為一體,在直徑73mm套管外端接高壓球形閘閥(抗壓強(qiáng)度614MPa,再用鉆桿接直徑60mm鉆頭,992008年第2期煤炭科學(xué)技術(shù)第36卷 圖3雙套管結(jié)構(gòu)示意將直徑73mm 套管內(nèi)的煤渣掃凈,然后進(jìn)行放水。4探水前準(zhǔn)備工作1做好探水地點(diǎn)頂板管理,加強(qiáng)支護(hù),在孔V I 管周圍釘上欄板,以防高壓水夾帶雜物噴出傷人。2在探水前,對(duì)供電系統(tǒng)、排水系統(tǒng)檢查,確保在探放水期間。供電平穩(wěn),水泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常。3刷幫創(chuàng)建探水工作面,操作臺(tái)應(yīng)設(shè)在探水眼側(cè)邊,預(yù)防高壓水噴出傷人。4做好巷道、水溝清理。保證涌水

13、量較大時(shí),巷道水溝沿路不被雜物堵塞,利于暢通。5準(zhǔn)備足夠的坑木、黃土(用袋裝、砂袋,以作臨時(shí)擋水墻和探水工作面加固之用。6做好各項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案工作,如指揮部的建立、受水威脅的工作面聯(lián)絡(luò)、確定避災(zāi)路線、救護(hù)隊(duì)待命、供電和排水的應(yīng)急措施等。圖4水矸分離器示意5排水安全措施當(dāng)需要排水時(shí)為防止排水管堵塞,需使用水矸分離器來(lái)過(guò)濾水中的大塊礦渣并使渾濁物沉淀,設(shè)計(jì)制作的水矸分離器如圖4所示,待分離器底部矸石堆積過(guò)多時(shí),關(guān)閉孔口閘閥,將廢渣清空再進(jìn)行放水。抽水時(shí)準(zhǔn)備兩臺(tái)水泵,一臺(tái)使用,另一臺(tái)備用;水泵的排水能力要大于孔口放水量。為兼顧防止水管堵塞及排水速度,濾網(wǎng)網(wǎng)孔的大小應(yīng)精心設(shè)計(jì)。6結(jié)論1從沿巖層探斷層水、強(qiáng)

14、含水層水時(shí)水壓、超前距和孔口管長(zhǎng)度的關(guān)系知:由于部分水壓達(dá)到413MPa,因此應(yīng)選擇止水套管大于8m 長(zhǎng),同時(shí),隔水煤柱應(yīng)為2530m 。2因水壓較大,選用抗壓能力為614MPa 的高壓閘閥,套管外端接閥門(mén),再接三通以保證有控制放水。3在放水時(shí),為兼顧速度與安全,在孔口外部需要使用水矸分離器,該分離器可清除水中巖屑,使管道暢通。4在放水過(guò)程中,若發(fā)生堵孔、塌孔等難題,而疏通孔既困難、麻煩,又較危險(xiǎn)時(shí),可采用雙套管放水技術(shù),該方法不僅能較好地解決堵孔、塌孔等難題,而且放水速度快。參考文獻(xiàn):1柴登榜1礦井地質(zhì)工作手冊(cè)M .北京:煤炭工業(yè)出版社,1984.2張宏敏,李樹(shù)偉1煤礦探放水分析J .礦業(yè)安全與環(huán)保,2006(4.3林丁道1淺析液壓探水鉆機(jī)在礦井探放水中的應(yīng)用J .能源與環(huán)境,2007(2.4鄭綱1高承壓水上采煤工作面斜長(zhǎng)的確定方法J .煤田地質(zhì)與勘探,2003(4.5劉城,劉學(xué)征1深部承壓水體上煤層綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)實(shí)踐J .山東煤炭科技,2006(6.6王宗梅1煤礦安全生產(chǎn)與礦井地質(zhì)工作J .煤,2004(1.7周相昌1坑道鉆進(jìn)技術(shù)在礦井探放水中的應(yīng)用J .