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回采工作面水害分析及防治

文檔作者：李學(xué)鋒李耀偉文檔來(lái)源：平頂山市瑞平煤電公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年03月17日
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第 2期2009年 6月’ 水 力采 煤與 管道運(yùn) 輸HYDRAULIC COAL MINING &amp;amp; PIPELINE TRANSPORTAT10NNO．2Jun．2009回采工作 面水害分析及防治李學(xué)鋒 李耀偉(平 頂 山 市 瑞 平 煤 電 公 司 屁 山 礦 平 頂 山 河 南 467000)摘要 ：從分析礦 井的水 文地質(zhì)條件 入手 ，對(duì) 回采 工作 面回采期 間底板 突水機(jī) 理及特 點(diǎn)加 以 闡述 ，針對(duì) 突水原 因，采取 了底板 注漿加 固、底板疏放 、施 工導(dǎo)水眼等方法進(jìn) 行整體 防治 ．確保 了礦 井的安全 與生產(chǎn) ．實(shí)現(xiàn) 了高產(chǎn)高效。關(guān) 鍵 詞 ：注漿 加 固 疏 放 水 導(dǎo) 水 眼中圖分類(lèi)號(hào) ：TD745 ．2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：B 文章編號(hào) ：1006—0898(2009)02—0082—031 礦 井水 文地 質(zhì)庇 山礦礦 井 充水 水 源 為 大氣 降 水 。井 田處于南 為東西 走 向的青 石 山 與北亦 為 東 西走 向的紅石 寨山系所形成 的槽 形谷地 之 中．各含 煤地層露頭 。特別是 二 1煤 層及 其底板太 原群灰 巖強(qiáng)含水層露 頭正 處 于谷底 中央 (圖 1)。局部 露 頭 上覆含水性 和導(dǎo)水 性 極強(qiáng) 的第 三 系泥 灰 巖及 第 四系薄層黃 土礫 石層 。青石 山為礦 井 主要 補(bǔ) 給 水源 即寒武 系灰 巖 組成 的剝 蝕 殘丘 。碳 酸 巖露 頭地流裸露 區(qū) ，大氣 降水 、地表水 、地下水 的聯(lián) 系極為 密切 。首先 ，由于 地表 巖溶 發(fā) 育 ，大 氣 降水 和 地表水 可以迅 速地 被吸收 ，因此巖溶水 的動(dòng) 力補(bǔ)給 十分 豐富。 由于 裸露 區(qū)巖溶 水 接受 補(bǔ) 給 多而 且直接 ，加上 近幾 年 天氣 異常 ，長(zhǎng) 期 干旱 一降 水 一再長(zhǎng) 期干旱 一再降水 。使 巖溶裂 隙 內(nèi)的填 充物不 斷地 沖刷減 少 ，形 成暢 通無(wú) 阻 的管道 式 裂隙通 道 。使水的運(yùn)動(dòng)速度加 大 。故其動(dòng) 態(tài)變化速 度最 為劇烈 ，枯豐水季節(jié)變化幅度可達(dá)幾倍甚 至十幾倍 。庇 山礦主采煤層二 ．煤層底板 主要 含水層 為圖 1 地 貌特 征及 大氣 降水 滲入 井下 示意 圖太原群灰?guī)r含水層 及其之 間的 中粗砂 巖含 水層 。 強(qiáng)承壓含水層 。通過(guò)近幾年 的揭露 ，L，灰?guī)r 層與灰?guī)r含 水層 共七層 ，自淺至深依 次 為 L 至 L 灰 L 灰?guī)r層之 間的中粗砂巖層 含水性也 較強(qiáng) ，也是巖 ，平均累計(jì)厚度 28m，其 中 ，L 、L 、L 、L 、L 為 二 煤層工 作面底板 突水 的主要 含水層之一 。從場(chǎng)測(cè)試 ，因不需對(duì)測(cè)試儀 器 、儀表進(jìn) 行接 線操作 ，既安全實(shí)用又解 決了 AQ標(biāo) 準(zhǔn)中的難題 。參考 文獻(xiàn)[1] 楚德 全．異步 電動(dòng)機(jī) 能耗 參 數(shù) 現(xiàn) 場(chǎng) 測(cè) 試 分析 實(shí)踐 [J]．節(jié)能 2008，9；53—54(21 AQIO12—2005，煤礦在用主排水 系統(tǒng)安全檢測(cè)檢驗(yàn)規(guī)范82作 者簡(jiǎn) 介 ：米 世 民(1963一)，男 ，山西省 河津 市人 ，經(jīng)濟(jì) 師 ，安 全評(píng) 價(jià)師 ，注冊(cè)安 全工 程 師 ，1989年畢 業(yè) 于 西 山礦 務(wù) 局 職 工 大 學(xué)采 煤專(zhuān)業(yè) ．現(xiàn)從 事礦 用安全 產(chǎn)品 、職 業(yè)危 害檢測(cè) 檢驗(yàn) 工作 。收稿 日期 ：2008—12—27學(xué)兔兔 www.xuetutu.com2009年 6月 李 學(xué)鋒 等 ：回采工作 面水 害分析 及防 治 第 2期一 2 5 0石 炭 紀(jì) 水 文 孔 測(cè) 得 ，鉆 孔 最 大 水 壓 為3．5M Pa。2 底板 突水機(jī)理及特點(diǎn)由于礦井水 補(bǔ) 充水 源 充沛 ，徑 流 暢 通 ，所 以工作面采 動(dòng) 中底 板 突水 現(xiàn)象較 為 普便 。工作 面底板突水機(jī)理及特點(diǎn)如下 。(1)綜放 工作 面在采動(dòng)后 由于原應(yīng)力平 衡遭到破壞 ，頂板壓力通過(guò)支 架集 中地傳 遞給煤層 底板 ，加上 支架 自身 重量 ，對(duì)煤 層底板 破壞 相 當(dāng)嚴(yán)重 。對(duì)采 空區(qū)煤層底 板鉆探證 明 。煤 層底板 所形成的下 “三帶 ”中。距煤層底 板 0 12m范 圍內(nèi)移動(dòng)和破壞 強(qiáng)度最 大 ，導(dǎo)水性最 強(qiáng)。底 板隔水 層厚度減去已破壞 的隔水層 厚度后 。已不能承受底 板承壓水 的高強(qiáng)靜水壓 。從 而導(dǎo)致工作 面底板 含水層水在高靜水壓作用下 ．沿底板破壞 裂隙充 人回采工作面 。(2)二。煤層 回采工作 面突水特征 ：①底板最初 突水大多集 中在采 面 自邊切 眼 向前推 進(jìn) 25—35m范 圍內(nèi)。在 采 面傾斜 方 向上看 。要 么在 采 面下 口以上 45m范圍內(nèi)．要么在采面上 口以下 25m范 圍內(nèi)，并隨采 面后部溜 子 向前移 動(dòng)而移動(dòng) 。②底板 出水后在采面內(nèi)流經(jīng) 途徑又 十分 特別 。盡管一 些采面 自里向外 一直為仰采 ．出水點(diǎn)水 應(yīng)沿老塘底板向老塘內(nèi)流 動(dòng) ，待老塘積 水水位高 于煤壁對(duì)應(yīng)機(jī)巷 底 板 標(biāo) 高 時(shí) ，老塘 水 自動(dòng) 流 出。事 實(shí)上 ，出水 點(diǎn)水并 沒(méi)有 向老 塘 內(nèi)流動(dòng) ，而是 沿采 面直接流至機(jī) 巷。③最初突水量一般在 25 30m。／h，隨著 采 面 的推 進(jìn) 突水 量 逐 漸 增 加 ．當(dāng)推 進(jìn) 至60m時(shí) ，水量猛增至 60m ／h，瞬 間值達(dá) 100m ／h。當(dāng)采 面向前推 至 60—300m范 圍時(shí) ．水量 穩(wěn)定 在60m ／h左右 ，直至 回采結(jié)束 。回采工作面的底板 出水 ，給采 面的正 常 回采帶來(lái)很大困難 ，嚴(yán)重制約 著礦井 的高產(chǎn)高效 。水害不 除 ，礦井 無(wú)法 正常生 產(chǎn) 。其存 在直 接威 脅礦井的安全 。必 須采取 相應(yīng) 的技術(shù) 手段 及 措施 來(lái)清除水患。3 防治措施二 。煤層底板 水 害是 庇 山礦 最 主要 的水 害 ，直接威脅 著二，煤層 的安 全開(kāi) 采 ，也 制約 著綜 采技術(shù)的充分發(fā)揮 。根據(jù)二，煤層底 板突水原 理分析 ，結(jié) 合二。煤層底板含水構(gòu)造發(fā)育情 況 ，將 依據(jù)不 同特 點(diǎn) 分別采 取底板 注漿加 固、底 板疏放 水 、施 工導(dǎo)水 眼等方法進(jìn)行整體防治。3．1 底板注漿加 固3．1．1 依據(jù)分析底板注漿 加 固 方法 是在 回采 工 作 面貫 通 之后 。對(duì) 回采工作 面進(jìn) 行地球 物理 探測(cè) ．根據(jù)探測(cè)結(jié) 果和相鄰工作面揭 露資料 ，有針 對(duì)性地對(duì)物探低 阻異 常區(qū)域進(jìn)行底 板注漿加 固 。為 了達(dá)到加 固效果 和施工方便 ，在機(jī)風(fēng) 巷向采面 內(nèi)底板施工 注漿 鉆孔 。根 據(jù)鉆 孔漿 液 擴(kuò)散半 徑確 定 鉆場(chǎng) 間距和終孔距 離 。從 目前 已施工 的注 漿鉆 孔效 果 分析 ，注漿孔擴(kuò)散半徑 在 15m左右 ，每 30m布置 一個(gè) 鉆場(chǎng) ．每個(gè)鉆 場(chǎng)施 工兩個(gè) 鉆孔 ．加 固厚度 H要超過(guò)底板 破壞 深度 與剩 余最 小 隔水層 厚度總 和M，即 日≥M ：P／T+ C ，隔水 層具體厚 度根據(jù) 現(xiàn)場(chǎng)煤層底板含水 層 靜水壓 及公 式 ： P／(M —C。)(式 中 ：突水系數(shù) 臨界值 為 98kPa·m～；M為 隔水層厚 度 ；P為煤 層底 板承 受 的水 壓 ；C 為底板破壞深度 )計(jì)算 而定。圖 2所示 為破壞深度與加 固厚度關(guān)系示意圖。圖 2 破 壞 深 度 與 加 固 厚 度 關(guān) 系 不 意 圖3．1．2 底板注漿加固有關(guān)參數(shù) 的確定3．1．2．1 底板加 固厚度的確定根據(jù)公式 h，=0．7007+0．1079L式 中：h。為底板破壞深度 ，m；L為工作 面采長(zhǎng) ，取176 m 。得底 板破壞深度 ：hl=0．7007+0．1079 x 176=19．7(m)二 。煤層 底板 距 最 近 的砂巖 含水 層 28m，扣除破壞 深度 19．7m，剩余 8．3m的有效隔水層 ．承受水壓為 3．5MPa。根據(jù) 突水 系數(shù)公 式 T．= P／(M—c )(此 時(shí) c 取零 )計(jì)算 ，其突水 系數(shù) T。=P／(M —C。)=35×10 ／(8．3—0)=414kPa·m一 ，遠(yuǎn)大于突水 系數(shù) 臨界 值 98kPa·m～，工作 面 底板突水 可能性極 大 。因此要 求底板加 固后 ．在底83學(xué)兔兔 www.xuetutu.com2009年 6月 水 力采煤 與管道 運(yùn) 輸 第 2期板遭受 19．7m的破壞后 ，剩余 的加 固層厚度 至少能夠承受 3．5MPa的靜水壓 。同樣依據(jù) 底板 破壞 深度 M =19．7m、底板 含水 層 靜 水 P=3．5MPa和 底 板 突 水 系 數(shù) 臨 界 值98kPa·m一及底板 突水 系數(shù)公 式 T = P／(M —C p)計(jì)算 ：M=P／T+C。=3500／98+19．7=55．4(m)即底板加 固厚度 至少達(dá)到 55．4m時(shí) ，才 能保證采 面在 回采過(guò)程 中不受底板水 的影響或威脅 。3．1．2．2 注漿孔擴(kuò)散半徑 的確定根據(jù)平煤勘探工 程處 注漿經(jīng) 驗(yàn)表 明 ，在靜 水壓 3MPa的 區(qū) 域 采 用 2TGZ一90／140注 漿 泵(12MPa)進(jìn) 行 注 漿 ，其 鉆 孔 擴(kuò) 散 半 徑 最 大 可 達(dá)20m，最小 達(dá) 8m，一 般 15m 左右 。 因此 ，在 無(wú) 底板注漿加 固鉆孔擴(kuò) 散半徑試 驗(yàn)值 的情況 下 ，采用15m擴(kuò)散半 徑進(jìn)行鉆孔設(shè)計(jì) 。3．1．2．3 鉆場(chǎng)位置及鉆孔布置鉆場(chǎng)及鉆 孔是 根 據(jù) 已知 含水 構(gòu) 造 帶 和物 理探測(cè)構(gòu)造 帶進(jìn) 行有 針 對(duì)性 的布置 和設(shè) 計(jì) 。根據(jù)富水構(gòu)造帶發(fā)寬度 和鉆孔擴(kuò)散 半徑 ，確 定每個(gè) 富水構(gòu)造帶的鉆場(chǎng)數(shù)和鉆孔個(gè)數(shù) ，一般 30m一個(gè) 鉆場(chǎng) ．每個(gè)鉆場(chǎng) 2～3個(gè)鉆孔 。3．1．3 注漿工程 的實(shí)施及效果對(duì)含水構(gòu)造帶 、物 探富水 構(gòu)造 帶實(shí) 施底板 注漿加 固 ，加 固層 位 到 L 灰 巖 ，收 到 良好 效果 ，變含水層 為隔水 層 ，確保 了工作 面順 利回采 。3．2 底板富水區(qū)域?qū)嵤┦杷祲旱装甯?承壓含水層 水壓是 破壞 的重 要力量 ，水 壓越高 ，破 壞力 越 大 ，只要 把底 板高 承壓 含水層水壓控制在一定值 以下 ，采動(dòng)破 壞就 不會(huì)溝通含水層 。沿煤層底板適 當(dāng)層位施 工疏 放水 工程 ，是 解決煤層底 板 突水 的有 效 方法 之 一。普 遍認(rèn) 為 太原群 L 灰?guī)r 含水 層 是 二。煤層 回采工 作 面底 板突水 的直接充水水 源 ，但根據(jù) 鉆探及 物探 成果證明 ，太原群 L2灰?guī)r含水層 不是二 煤 層 回采 工作面底板 突水 的直接充 水水 源 。而是太原群 上段 砂巖含水層 。該砂巖含水層厚 1Om左右 ，其補(bǔ) 給水源為 L 灰 巖 。依 據(jù) 以上分 析 ，在綜 合分 析 、充 分論 證 、擇 優(yōu)選 擇 的基礎(chǔ) 上 ，施工 泄水 巷層 位原 則上沿石炭 紀(jì)砂巖段 施工 ．該 泄水巷揭 露多處 含水構(gòu)造 ，揭 露 點(diǎn)最 大 出水 量 達(dá) 300m ／h，從 而達(dá) 到疏水 降壓效果 ，從 一250石炭紀(jì)水文孔測(cè)得 ，鉆孔最 大水 壓下降至為 2MPa。并且 隨時(shí) 間的延續(xù) 。水位及水 壓繼續(xù)下降 。從而 大大減小 底板 突水 的機(jī)率 。生產(chǎn)中實(shí)施底 板 疏放水 工程 ．對(duì) 工作 面的安全 回采 ，資 源安 全 回收 ，具 有 重要 意 義 。同時(shí) 也為礦井 向更 深 部二 1煤 層 底板 疏放 水 工程 設(shè)計(jì)提供依據(jù) 。3．3 施 工 導(dǎo)水 眼對(duì)于相鄰深部 區(qū)域 已回采 的工作 面 (孤 島工作面 )．自邊切 眼 下 口或機(jī) 巷低 洼處 向老 空 內(nèi)施工導(dǎo)水 眼 ，回采工作 面水可 通過(guò)導(dǎo) 水眼直 接進(jìn)入深部相鄰 老空 內(nèi)。完全擺脫 采面底 板 出水 對(duì)正常回采 的影 響 。如 11071回采 工作面 ，在采 面貫通后 。自機(jī) 巷 尾 向 外 50m 范 圍 內(nèi)施 工 了 3個(gè) 導(dǎo)水眼 ，直接 與其深部相鄰 的 11091老 空貫通 。回采證 明 ，該 措施 效 果十 分 明顯 ，當(dāng)采面 底板 出水量達(dá) 65m ／h時(shí) 。對(duì)正常 回采沒(méi)有產(chǎn)生任何影響 。4 結(jié) 論工作面 貫通 后 ，根據(jù) 不 同 的水 文 地 質(zhì)特 點(diǎn) ，通過(guò)實(shí)施 以上相應(yīng)的 防治 措施 ，減 小 了工作 面 回采 期 間底板 突水 的機(jī) 率 ，確 保 了礦 井正 常 回采 ，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)高效 。作者 簡(jiǎn)介 ：李 學(xué)鋒 (197l一)，男 ，1991年 畢 業(yè) 于 鄭 州地 質(zhì) 學(xué) 校 地質(zhì) 勘測(cè) 專(zhuān)業(yè) ．現(xiàn)任 平頂 山市瑞 平煤 電公 司庇 山地質(zhì) 工程師 。收

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