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文檔簡介

底板巖巷探放老空水治理技術(shù)研究

河南能源化工集團(tuán)鶴煤公司的六個礦區(qū)2133個斷面靠近20014個斷面。為清除老孔水威脅,在采空區(qū)積水情況已掌握清楚的前提下,根據(jù)“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則,采取了“沿空掘巷、邊探邊掘”的技術(shù)方案,先探放后掘進(jìn),對老空水實行探放與掘進(jìn)循環(huán)作業(yè)。在探放水鉆孔施工過程中,前4個循環(huán)鉆探較為順利,隨著逐漸進(jìn)入老空積水區(qū)內(nèi)部,由于煤巖層及采空區(qū)破碎,經(jīng)老空水久泡,采空區(qū)頂板冒落的泥巖、砂質(zhì)泥巖矸石多成泥粉狀,造成探放水鉆孔塌孔、堵孔嚴(yán)重,無法正常放水。另外,因下山掘進(jìn),每輪探放水僅能將開孔處標(biāo)高以上積水疏放完畢,水壓得到大部釋放,但還不能夠?qū)⒃试S掘進(jìn)段積水全部疏放完畢,尤其是在允許掘進(jìn)段末端仍賦存有1~2m的水頭壓力值,造成在2123回風(fēng)巷掘進(jìn)時巷道上幫淋滴水嚴(yán)重,流水、流煤、流矸等現(xiàn)象頻發(fā),局部在巷道作業(yè)面、巷頂、巷幫支護(hù)薄弱之處甚至形成泥石流狀的煤、水、矸混合物成股而瀉,嚴(yán)重制約安全生產(chǎn)。為扭轉(zhuǎn)安全、掘進(jìn)被動局部,實現(xiàn)老空水的安全高效疏放,根據(jù)工作面目前實際,經(jīng)多方技術(shù)論證,決定從2814采空區(qū)正下的北翼二水平專用回風(fēng)巷進(jìn)行探放水。實踐證明,該方案放水效果良好。1工作面地質(zhì)概況鶴煤六礦位于鶴壁市東,鶴壁煤田東部,南起張莊向斜,北、西至F40正斷層及二1煤露頭,東止煤層-800m底板等高線,南北走向長9.5km,東西傾向?qū)?.7km,井田面積18.55km2,可采煤層為山西組二1煤層,賦存總體屬穩(wěn)定—較穩(wěn)定煤層,結(jié)構(gòu)簡單,煤層埋藏深130~950m,平均煤厚7.48m,煤層平均傾角20°。2123工作面位于礦井二水平北翼12采區(qū),為一新設(shè)計工作面,工作面設(shè)計走向長700m,傾斜寬140m,地質(zhì)儲量42萬t。該工作面上側(cè)緊鄰2814工作面采空區(qū)(圖1),2814工作面于2004年回采結(jié)束,后采空區(qū)出現(xiàn)高溫火區(qū),為此對該老空區(qū)進(jìn)行了連續(xù)1個月的注漿滅火,累計注漿量21000m3。2814工作面為一寬緩式向斜構(gòu)造,工作面兩側(cè)高,中部低,預(yù)計積水大部分賦存在工作面靠近膠帶運輸巷的中間部位,為確保2123回風(fēng)巷的順利掘進(jìn),消除水害危險,在回風(fēng)巷施工至積水區(qū)前需提前疏放老空水。2工作面排水系統(tǒng)為進(jìn)一步確定積水區(qū)范圍及積水量大小,在2123北回風(fēng)巷掘進(jìn)前利用直流電法儀對該巷進(jìn)行了超前物探。根據(jù)電法探測結(jié)果,2814采空區(qū)積水北邊界為2123北回風(fēng)巷開口向南130m處;同時在掘進(jìn)2123進(jìn)架子道(底板巖巷)對2814積水南邊界進(jìn)行超前鉆探。根據(jù)所打鉆孔分析,確定了老空積水南邊界位置及標(biāo)高,積水邊界標(biāo)高約-357m,積水范圍如圖1所示。在采掘工程平面圖上準(zhǔn)確標(biāo)注出老空水積水范圍,并計算其積水量,公式如下:式中,Q總為總積水量;Q采為采空區(qū)積水量;Q巷為巷道積水量;K為充水系數(shù),根據(jù)礦井經(jīng)驗,采空區(qū)充水系數(shù)一般為0.3,巷道充水系數(shù)一般為0.7;M為采空區(qū)的平均采高,原2814工作面平均煤厚8.2m;F為采空區(qū)傾斜面積,根據(jù)積水范圍,經(jīng)計算采空區(qū)斜面積為4360m2;W為積水巷道原斷面,取值11m2;L為巷道長度,巷道積水長度220m。將數(shù)據(jù)代入公式計算得,積水量為12419.6m3。3巖質(zhì)帶勘探和灌溉3.1鉆孔參數(shù)選取北翼二水平專用回風(fēng)巷為一底板巖巷,距煤層15~20m,探放水設(shè)計鉆孔成組布設(shè),每組鉆孔在豎直和水平面內(nèi)均呈扇形布置,水平距終孔位置3m,垂直距終孔位置1.5m為準(zhǔn)。在剩余積水區(qū)共設(shè)2組鉆場,每組鉆場分別布置在回風(fēng)巷各側(cè),每個鉆場施工4個鉆孔,包括1個測壓孔,1個放水孔,2個檢驗孔,共8個孔,其中每組鉆場的放水孔和測壓孔共計4個孔需下套管。鉆孔參數(shù)如下:一鉆場放水孔巷頂向下0.8m開孔,方位75°、傾角29°、孔深40m;檢驗1孔巷頂向下1m開孔,方位73°、傾角28°、孔深40m;測壓孔巷頂向下1.2m開孔,方位71°、傾角27°、孔深40m;檢驗2孔巷頂向下1.4m開孔,方位69°、傾角26°、孔深40m。二鉆場放水孔巷頂向下0.8m開孔,方位5°、傾角20°、孔深50m;檢驗1孔巷頂向下1m開孔,方位6°、傾角19°、孔深50m;測壓孔巷頂向下1.2m開孔,方位7°、傾角18°、孔深50m;檢驗2孔巷頂向下1.4m開孔,方位9°、傾角17°、孔深50m(圖2)。3.2孔口的開孔和水壓北翼二水平專用回風(fēng)巷探放水使用ZYG-150型鉆機,套管設(shè)計長度11m,自開孔向里11m段孔徑為130mm,11m至終孔段孔徑為75mm,鉆桿直徑50mm。開孔時選擇巖層堅硬完整的位置,鉆孔施工到位后將孔內(nèi)沖洗干凈,將孔口管插入孔內(nèi)后,在孔口用水泥將孔口管固定并封死,在管的上方另留1~2個小管,而后從孔口管內(nèi)向四周壓入水泥漿。超初從小管跑出空氣和水,待跑出濃水泥漿時即將小管封死,繼續(xù)向孔口管內(nèi)壓入水泥漿,至一定壓力后停止注漿,關(guān)閉孔口管上的閘閥,待泥漿凝固,水泥漿凝固后進(jìn)行掃孔,其深度超過孔口管長度0.5~1.0m后,向孔內(nèi)壓水。如水壓值達(dá)到預(yù)計放水水壓的1.2倍,孔口管周圍沒有漏水現(xiàn)象,說明符合要求;否則仍需注漿加固,直至合格為止。3.3總體放水高度為確保探放水安全,掌握放水孔流量大小,合理配備排水設(shè)備,在施工之前,先對放水孔流量進(jìn)行估算,單孔放水量計算公式為:式中,q為單孔出水量;C為流量系數(shù),取0.6;W為放水鉆孔斷面積(?75mm的鉆頭);g為重力加速度,取9.81m/s2;H為鉆孔探放水處的水頭高度。計算鉆孔的平均放水量時,取最大水頭高度的40%,即q平=0.4×q。一鉆場放水處水頭高度19m,經(jīng)計算其結(jié)果為:q=0.0512m3/s,q平=0.0205m3/s,即q平=73.67m3/h。一鉆場施工完畢老空水預(yù)計已大部疏放完,水壓已大幅度下降,二鉆場施工處剩余水頭高度約7m。同理計算得,二鉆場放水孔q平=44.71m3/h。3.4鉆孔施工前控制要點(1)鉆機安裝必須平穩(wěn)、牢固,并加強探水地點巷道的支護(hù),在工作面打好堅固的戧柱和欄板,頂板用鋼管、背木背緊背實。(2)施工中要由專職瓦斯檢查員檢查現(xiàn)場瓦斯及其他有害氣體,如有異常要及時采取防范措施。(3)探放水鉆桿在鉆進(jìn)過程中若出現(xiàn)頂鉆、憋鉆、夾鉆及鉆孔出水水壓較大等現(xiàn)象,先不要拔出鉆桿,等水壓明顯減小后再作相應(yīng)處理;打鉆探出水后,應(yīng)保持鉆孔出水暢通,若鉆孔堵塞要及時疏通,保證順利排放;孔內(nèi)壓力很大時,應(yīng)馬上將鉆桿固定,嚴(yán)禁移動及起鉆,鉆機后面嚴(yán)禁站人。(4)鉆孔施工前,由測量人員現(xiàn)場按設(shè)計標(biāo)定和檢查鉆孔方位、傾角等,地質(zhì)防治水人員跟班觀測,記錄放水量、水壓(水位),監(jiān)督放水全過程,確認(rèn)積水放凈后,地質(zhì)、安檢、機電等人員檢查驗收孔口管安裝質(zhì)量。(5)采區(qū)泵房安裝有MD155-67×7水泵2臺,單臺水泵流量為155m3/h,1臺為工作水泵,1臺為備用水泵,排水管徑為150mm,泵房周圍安排專人加強巷道清理、水溝疏通工作。3.5初始水壓確定北翼二水平專用回風(fēng)巷探放水工程累計施工12d,其中放水時間9d,一鉆場放水孔最大出水量為130m3/h,穩(wěn)定出水量65m3/h,一鉆場測壓孔初始水壓為0.18MPa,隨著放水進(jìn)程逐漸減小;二鉆場放水孔最大出水量為45m3/h,穩(wěn)定出水量22m3/h,二鉆場測壓孔初始水壓為0.045MPa,后逐漸減小為0。上述2個鉆場累計放水量9800m3。4方案4:老空水疏放+分散一次性疏放鶴煤六礦先是采用了“沿空掘巷、邊探邊掘”探放水方案,該方案有現(xiàn)成的排水系統(tǒng),通風(fēng)情況良好,沿積水水面追水探放,探放水期間安全系數(shù)高,無需安設(shè)套管、閘閥等,初始工程量小,但放水不徹底,且需多個探放水循環(huán);另外,隨著逐漸進(jìn)入采空積水區(qū),后期探放水工作安全性反而降低,以致無法進(jìn)行探放水。該方案累計施工16個孔,鉆探總進(jìn)尺975m,放水量2130m3。而北翼二水平回風(fēng)巷探放水方案沒有現(xiàn)成的排水通道,需挖水溝、打堰、排水,風(fēng)流污濁,且只能在采掘檢修期間進(jìn)行探放水,探放水地點水壓大,需安設(shè)套管等的初始工程量大,但該方案實現(xiàn)了將老空水集中一次性安全疏放完畢,累計施工4個孔,鉆探總進(jìn)尺362m,放水量9800m3。實踐證明,底板巖巷探放水方案放水效果明顯優(yōu)于前一放水方案,該方案的實施消

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