動(dòng)水給付條件下沿空掘巷探放技術(shù)研究

動(dòng)水給付條件下沿空掘巷探放技術(shù)研究

中國煤炭資源豐富，礦源地質(zhì)條件復(fù)雜。這是影響礦山洪水最嚴(yán)重的國家之一。在眾多水害事故中,老空水水害所占比例較大,極易造成淹頭、淹面事故,嚴(yán)重威脅礦井生產(chǎn)。目前,老空水防治主要是采取留設(shè)防水煤柱或者探放老空水的措施,而留設(shè)防水煤柱會(huì)造成大量煤炭資源浪費(fèi),為提高煤炭采出率,沿空掘巷探放水技術(shù)越來越受到煤礦企業(yè)的重視。鄭煤集團(tuán)裴溝煤礦已開采30余年,隨著礦井的延伸,生產(chǎn)接替緊張問題日益突出。為此,礦方實(shí)行了“剃頭式”開采,但這一開采方式造成現(xiàn)有采掘工作面受上部采空區(qū)積水威脅。為保證工作面的安全生產(chǎn),需在下部工作面留設(shè)20m以上的防水煤柱,由于受到上部采空區(qū)礦山壓力影響,防水煤柱支護(hù)較為困難,同時(shí)造成了大量煤炭資源的浪費(fèi)。因此裴溝煤礦現(xiàn)設(shè)計(jì)的工作面回風(fēng)巷一般布置在上階段采后的卸壓區(qū),留設(shè)3~5m的窄煤柱,即沿空掘巷,不但減輕了礦山壓力對煤柱影響,而且提高了煤炭采出率,同時(shí)又可緩解采掘接替緊張的問題。32031掘進(jìn)工作面探放水工作從2006年7月開始,采空區(qū)存有一定量的積水,且有動(dòng)態(tài)水補(bǔ)給,經(jīng)過一段時(shí)間的探放水后發(fā)現(xiàn)動(dòng)水補(bǔ)給量在8~20m3/h。在該條件下如何實(shí)現(xiàn)巷道安全掘進(jìn)并保證不再發(fā)生采空區(qū)重新聚水現(xiàn)象,成為裴溝煤礦乃至鄭煤集團(tuán)公司急需解決的技術(shù)難題。因此,本文在充分考慮32031掘進(jìn)工作面水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)上,對動(dòng)水條件下沿空掘巷探放水技術(shù)進(jìn)行研究,以保證巷道的安全掘進(jìn)和如期貫通。1項(xiàng)目總結(jié)1.13采空區(qū)煤層賦存特征裴溝煤礦32031掘進(jìn)工作面位于楊河井田西翼-300m水平32采區(qū),北鄰32011綜放工作面采空區(qū),南鄰32051綜放工作面采空區(qū),西至32膠帶下山,切巷位于32膠帶下山東1638m處。在工作面內(nèi)部西段有32031炮采工作面采空區(qū)。工作面走向長1300m,傾斜長146m,煤層厚度變化較大,平均7m。發(fā)育煤系地層主要有二1煤直接頂板泥巖及砂質(zhì)泥巖,基本頂中粒砂巖;二1煤直接底板泥巖及砂質(zhì)泥巖,基本底L7-8灰?guī)r。主要充水含水層為煤層頂板砂巖含水層,煤層底板L7-8灰?guī)r含水層;隔水層為二1煤直接頂板泥巖及砂質(zhì)泥巖,厚度8.5m,二1煤直接底板泥巖及砂質(zhì)泥巖。1.2工作面采空區(qū)排水能力32031掘進(jìn)工作面上部已回采32001炮采、32001綜采、32003炮采、32011(上、下)炮采、32011綜采等7個(gè)工作面,32003綜采工作面正在回采,以上工作面回采過程中均未受上部采空區(qū)水威脅。根據(jù)對7個(gè)工作面采掘時(shí)出水情況分析,圈定積水采空區(qū)面積42460m2,巷道掘進(jìn)前32011綜采工作面采空區(qū)出水量約為5m3/h,因此采空區(qū)內(nèi)存在動(dòng)水補(bǔ)給,采空區(qū)富水系數(shù)取10%,預(yù)計(jì)采空區(qū)積水量為36091m3;采空區(qū)積水外緣標(biāo)高不超過32011(下)炮采工作面回風(fēng)巷,最大水壓為0.38MPa。根據(jù)以上分析結(jié)果,32031掘進(jìn)工作面回風(fēng)巷掘進(jìn)將受32011采空區(qū)積水的威脅,存在老空水突出危險(xiǎn)。2掘進(jìn)工作面鉆孔為有效探放采空區(qū)積水,在32031掘進(jìn)工作面回風(fēng)巷布置探放水鉆場,共布置47站,施工過程中要根據(jù)實(shí)際條件對鉆孔方位及鉆孔個(gè)數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),技術(shù)要求如下。(1)鉆孔布置。第1站探放水鉆孔從32011(下炮)工作面終采線開始施工,此后,根據(jù)煤層傾角,每掘進(jìn)15~20m開始施工下一站的鉆孔,直至確認(rèn)掘進(jìn)不受采空區(qū)積水威脅時(shí),方可結(jié)束探放水工作。(2)鉆孔參數(shù)。每站設(shè)計(jì)鉆孔方位3~4個(gè),每個(gè)方位布置鉆孔2~3個(gè)(根據(jù)鉆孔所在位置實(shí)際條件進(jìn)行調(diào)整),鉆孔開口位置距底板1.0~1.5m,鉆孔在平面內(nèi)呈扇形布置,相鄰鉆孔間夾角15°,鉆孔傾角按煤層傾角鉆設(shè)。鉆孔開孔直徑75mm(下套管),終孔直徑50mm。鉆孔設(shè)計(jì)深度60~80m(平距),根據(jù)探放水過程中實(shí)際觀測到的水壓情況,參照《煤礦防治水工作條例》中的有關(guān)規(guī)定,保持不少于20m的超前距。(3)鉆探設(shè)備選擇。根據(jù)32031掘進(jìn)工作面回風(fēng)巷地質(zhì)條件,結(jié)合礦方現(xiàn)有鉆探設(shè)備,在保證探放水效果前提下,確定采用150型或200型全液壓鉆機(jī)施工,鉆桿規(guī)格為ue07e50mm。(4)其他。下好ue07e75mm套管,長度不少于6m,必要時(shí)可加長套管(采用二級結(jié)構(gòu)),裝上水閘門,套管周圍纏上一定厚度的麻線,保證套管插入煤孔后能緊密接觸煤體,并用鐵絲將套管口牢牢固定在立柱上。鉆進(jìn)過程中,若出現(xiàn)掉鉆、卡鉆或其他異常情況導(dǎo)致該孔報(bào)廢時(shí),必須重新補(bǔ)孔。3探水面及排水系統(tǒng)清挖(1)32031回風(fēng)巷探放水水路由回風(fēng)巷臨時(shí)排水陣地排至32003流水巷進(jìn)入-200m水倉,水路采用400mm×400mm木制水槽,水槽要求制作嚴(yán)密,確保不出現(xiàn)漏水現(xiàn)象,每次探水前掘進(jìn)隊(duì)在掘進(jìn)面外5m挖沉淀池,沉淀池規(guī)格2m×1m×1m。沉淀池及排水溝清挖工作派專人負(fù)責(zé)。(2)探放水過程中水流經(jīng)過的巷道坡度大于5°時(shí),支架必須全部用鋼絲繩或拉桿連鎖加固,巷道不跟底部分用裝煤編織袋鋪底,中間低,兩邊高;同時(shí)將探放水水路經(jīng)過的巷道“交叉”點(diǎn)及“丁字口”處巷底柱窩進(jìn)行澆灌及連鎖加固,澆灌長度5m,厚度200mm,采用剛性連鎖,長度5m。在32003流水巷與32031回風(fēng)巷交岔口西5m,32031中聯(lián)巷上口處用裝煤編織袋壘1道堰,高0.5m、寬1.0m,并準(zhǔn)備100個(gè)裝煤編織袋備用,以防水流向32膠帶下山。(3)探放水施工過程中打鉆用水及鉆孔出水流入-200m水倉,由指定部門負(fù)責(zé)-200m泵房排水系統(tǒng)的維護(hù)工作,保證排水設(shè)備正常運(yùn)行。4采空區(qū)內(nèi)排水系統(tǒng)探放水工作從2006年7月5日開始至2008年2月8日結(jié)束,比原預(yù)計(jì)時(shí)間提前30d貫通。探放水過程中鉆孔最大出水量35m3/h,在恢復(fù)掘進(jìn)的安全距離內(nèi)未發(fā)生透水事故,有效消除了老空水害威脅,回風(fēng)巷安全掘進(jìn)直至貫通。32031工作面共布置鉆場47站,施工鉆孔257個(gè),總進(jìn)尺15791m,共放出采空區(qū)水量約152700m3,除去動(dòng)水補(bǔ)給量114550m3,放出老空積水量38150m3,超出預(yù)計(jì)積水量36091m3,表明之前的預(yù)計(jì)有誤差,同時(shí)也可以認(rèn)為采空區(qū)積水已經(jīng)放凈。由于采空區(qū)水疏放后采空區(qū)空隙在礦壓作用下部分已閉合,采空區(qū)內(nèi)部分動(dòng)水補(bǔ)給點(diǎn)也隨之閉合,因此目前回風(fēng)巷采空區(qū)水正常疏放量剩余8m3/h左右?；仫L(fēng)巷外段前8回次施工的鉆孔大部分為無水或淋水,表明32011(下炮)工作面采空區(qū)及32011(綜)工作面終采線附近沒有大量的采空區(qū)積水,只是在局部未塌實(shí)的采空區(qū)內(nèi)存在有少量的空隙積水。外段第9—29回次施工的鉆孔均有一定量的采空區(qū)涌水,表明采空區(qū)內(nèi)積水區(qū)平面位置主要分布在32011(綜)采空區(qū)膠帶運(yùn)輸巷往北5m范圍內(nèi),垂向上位于采空區(qū)底部1m以上至原煤層頂板之間,鉆孔實(shí)測水壓0.07MPa左右,小于0.01MPa,采空區(qū)內(nèi)有一定的補(bǔ)給水源,由東向西補(bǔ)給,補(bǔ)給水量8~20m3/h(根據(jù)裴溝礦探放水經(jīng)驗(yàn),在疏放和礦壓的共同影響下水量會(huì)有逐步減小的趨勢),其徑流主通道也位于采空區(qū)運(yùn)輸巷附近?；仫L(fēng)巷里段共布置鉆場11站,少數(shù)鉆孔有淋水現(xiàn)象,表明在采空區(qū)東部沒有大量采空區(qū)積水,僅存在采空區(qū)空隙水。5探放探放,工作面開放系統(tǒng)32031掘進(jìn)面回風(fēng)巷沿空掘進(jìn)探放水工作在有動(dòng)態(tài)水補(bǔ)給條件下取得成功,為裴溝煤礦乃至鄭煤集團(tuán)相似條件下的探放水工作提供了技術(shù)依據(jù)。(1)32031工作面探放水工作投入資金總計(jì)6.5萬元,探放水后,工作面提前30d貫通,為后期裴溝煤礦各項(xiàng)經(jīng)營指標(biāo)的完成創(chuàng)造了條件。探放水成功后,預(yù)計(jì)多采出原煤28.737萬t,可以實(shí)現(xiàn)凈利潤5029萬元,投入產(chǎn)出比高達(dá)1∶85.9。(2)32031掘進(jìn)工作面回風(fēng)巷沿空掘進(jìn)探放水工作的成功,有效延長了工作面回采時(shí)間及采區(qū)服務(wù)年限,極大地緩解了采區(qū)接替緊張的局面,保護(hù)了珍貴的煤炭資源,取得顯著的技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì)效益。6動(dòng)水補(bǔ)給量及最大水壓(1)根據(jù)32031工作面水文地質(zhì)條件分析,預(yù)計(jì)積水采空區(qū)面積42460m2,采空區(qū)積水量36091m3