受水严重威胁煤层安全开采保障技术研究.pdf

2 0 1 3 年 第3 期 ．象 堪j j ； 斜 枝 2 1 1 受水严重威胁煤层安全开采保 障技术研究 刘洪刚 ， 刘纪良 ， 于 飞 1 ．淮北矿业集团公司朱仙庄煤矿， 安徽 宿州2 3 4 0 0 0 ； 2 ．煤炭工业济南设计研究院有限公司， 山东 济南2 5 0 0 3 1 摘要某煤矿下组1 6 煤层底板下存在含水丰富的徐奥灰含水层， 受底板奥灰水威胁严重。为解放煤炭资源和充分利用地下水资源， 该矿在 合理分析地质条件与实际情况下， 实施了疏水降压工程等一系列安全技术措施， 实现了受水威胁煤层的安全开采。 关键 词 安全开采 奥灰水 疏水降压 条 带开采 超前探测 中图分类 号 T D 8 2 3 ． 8 3 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 4． i s s n ． 1 0 0 52 8 0 1 ． 2 0 1 3 ． 0 3 ． 1 3 1 某煤矿 1 6煤底板下存在含水丰富的徐奥灰含水 层 ， 其中徐、 奥灰距 1 6煤约为 2 8 m、 5 0 m。随开采深度 增加 ， 1 6煤底板承受 的水 压越来 越来大 ， 当开采到 一 4 0 0 m 水平时， 奥灰水压达到4 ． 5 MP a 。为保证矿井的 安全生产， 开采前必须进行受水严重威胁煤层安全开 采保障技术研究。 1 基 本概 况 该矿采区位于二水平 一 4 0 0 m南翼 ， 标高为 一 3 9 1 m 至 一 2 5 0 m水平 。采 区范 围南到 断层 ， 上部 到 F 4断 层 ， 北到 F 51 断层 ， 下部到 一 4 0 0 m水平。走向长度 最大 1 0 5 0 m， 最小 3 5 0 m， 倾斜长度 5 2 0 m。煤系地层属 石炭纪太原群地层 ， 为主要含煤地层。由深灰色粉砂 岩， 灰到灰绿色砂岩、 石灰岩 ， 煤层及煤层底板粘土岩 组成 。 2受水威 胁 程度 分析 2 ． 1 底板导水破坏带高度 h 考虑采深 、 倾 角和工作 面斜长 时 ， h ， 0 ． 0 0 8 5 H 收稿 日期 2 0 1 21 22 6 作者简介 刘洪刚 1 9 8 5一 ， 男 ， 山东泰安人 ， 助理工程 师 ， 主要从 事矿山生产工作。 0 ． 1 6 6 5 0 【 0 ． 1 0 7 9 L一4 ． 3 5 7 9 其中 设计最大采深 日为 4 5 0 m， 煤层倾 角 0 【 为 3 5 。 。当工作面斜长为 6 0 m时， h ， 1 1 ． 7 7 m。 分采深底板导水破坏带情况如下 一 3 0 0 m水平为 1 0 ． 4 9 m； 一 3 5 0 m为 1 0 ． 9 2 ； 一 4 0 0 m水平为 1 1 ． 7 7 m。据此 分析， 当 1 6 煤层开采后， 底板破坏深度一般 8 ～ 1 2 m。 2 ． 2 承压 水 导升高 度 通过进行的钻探和巷道电法勘探资料 ， 钻进过程 中进入徐灰后才出水 ， 电法勘探中徐灰顶面上一定距 离未见低阻带 ， 且徐灰上覆岩层为近5 m的粘土岩， 据 钻探资料可知， 原始导升高度为零。 2 ． 3 有效 阻水 带厚度 有效厚度为底板 隔水层厚度减去底板破 坏深度和 承压水导升高度。1 6煤采区有效阻水带厚度为 1 6～ 2 0 m。 2 ． 4 受水威胁程度分析 按 突 水 系 数 进 行 评 价 ，一4 0 0 m 水 平 水 压 为 4 ． 5 MP a ， 有效 阻水 带厚 度按 1 6 m计 算 ， 则 突水 系数 为 0 ． 2 8 M P a ／ m， 远远大于临界突水系数 0 ． 0 6 MP a ／ m， 为 严 重受水威胁煤层 。 3 安 全技 术保 障措 施 根据 l 6煤顶板条件 ， 先考虑特殊开采方 法即条带 2 ． 4注 意事 项 1 充 填质量 非 常重 要 。砌筑 时 大小 矸 石搭 配 ， 充严填实 ， 不能有空隙 。 2 根据区域矿压资料选择适当的充填带宽度。 采高大于 1 ． 5 m时也要增加带宽。煤层倾角大于 l 0 。 时， 应在充填带下侧支设止动木柱 ， 每 0 ． 5 m一棵 ， 以 防倒塌， 确保可靠。 3 砌筑充填带必须在工作面回柱放顶前进行， 采一排充一排， 不得拖后或超前。充填时必须至少两 人配合作业， 由专人照明， 掌握安全。 4 老空取料必须选择在顶板完整、 支护可靠地 点 ， 取料时使用长柄工具， 严禁探身老空取料。 5 使用运煤机运送材料， 必须制定安全措施。 6 加强断层 及 应力 集 中地点 的顶 板 管理 ， 防止 顶板跨落 。 3应用效 果 从实际测量结果看， 局部矸石充填的工作面， 顶底 板移近量 3 8 2 m m ／ m， 其中顶板下沉量 2 4 7 m m ／ m， 采高 1 ． 5 m计算， 导水裂隙带高度为 1 0 ． 3 m。 实践证明， 局部矸石充填控制顶板的经验是成功的， 不仅对导水裂隙带高度得到控制、 减少顶板水对工作面生 产影响， 而且还降低了周期来压对工作面顶板、 支架的破 坏， 优化了工作环境， 为安全生产奠定了坚实基础。 2l 2 鸯堪ji I 舛技 2 0 1 3 年 第3 期 法开采 ， 如不能安全开采， 则考虑疏水降压等综合防治 水措 施 ， 确保矿井安全生产 。 3 ． 1 条带开采 采用采 2 5 m留 2 5 m煤柱 的倾 向条带开采方案 3 ． 2疏水 降压 3 ． 2 ． 1 3 0 0 m、 一4 0 0 m联合放水试验 为检测两水平间 的水力 联系情况 ， 进行 了 一 4 0 0 m 关阀门试验， 关阀门 1 d 后 ， 水位由一 4 0 0 m上升到 一 7 0 m， 积水量 2 4 0 m ， 两点水压同时上升， 说明两处出水点 是相同的， 且积储水空间不大。因此， 1 6 2 2采区十三 灰含水不多， 涌水量为 5 ． 1 8 m ／ h ； 奥灰顶部不含水 ， 深 3 0 m时 ， 涌水量为 3 ． 1 7 m ／ h 。详 见表 1 。 表 1 3 0 0 m、 一 4 0 0 m两孔水压情况表 间 3 ． 3 l 4 ．1 4 ． 2 4 ． 3 4 ． 4 4． 5 4 ． 6 4． 7 4 ． 8 4． 9 4． 1 0 项目 ＼ 3 0 0 m 0 3孔 未关 阀门 关阀门 1 ． 2 MP a 2 ． 3 M P a 2 ． 2 MP a 3 ． O MP a 3 MP a 2 ． 8 MP a 1 ． 6 MP a 1 ． 4 MP a 1 ． 3 MP a 一 4 0 0 m 0 2孔 未关泄压 放水 关 阀门 3 ． 2 MP a 3 ． 7 MP a 3 ． 9 7 MP a 3 ． 9 7 MP a 无 无 无 无 一 3 0 0 m探巷 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 3 ． 2 ． 2 需疏放 水位 标高 计算 根据 l 6煤开采后底板有效隔水层厚度， 按每米阻 抗 0 ． 1 M P a 水压计算， 2 5 m隔水层能够阻抗 2 ． 5 M P a水 压， 即2 5 0 m的水头高程。这样 ， 在开采 一 4 0 0 m水平 时 ， 需将水压疏压到 一1 8 0 m以下 。 4 ． 2 ． 3疏水 降压 工程布 置 疏水降压钻孑 L 在 一 4 0 0 m水平布置 3个 即 o 2号孔 向南 、 北个 2 5 0 m处打 一个放水 孔 ， 工程 量为 9 4 3 2 8 2 m。在 一3 0 0 m水 平布置观测孔一 个， 工程 量为 7 5 m。 3 ． 3 超前探 测 巷道掘进和工作面回采过程中， 超前探知的导水 断层及构造， 查清水文地质条件 ， 并采取封堵加固等措 施 ， 是 实现水体下和承压水上安全开采 的必要手段 。 3 ． 3 ． 1 底 板含水 性探 测 与工程布 置 考虑到本次探测任务要求较高， 采用高密度电阻 率成像探测法。 根据 1 6煤水文地质探巷情况， 沿 1 6煤水文地质 探巷布置测 线一 条 ， 长度 为 2 0 4 m。以轨 道 上 山与 1 6 煤水文地质探巷交点为起始点 ， 点距 4 m， 共布设点 4 2 0 个， 隔离系数 N最大值 为 1 5 。本次采用 最小极距 A B ／ 2 6 m， 最大极距 A B ／ 2 9 0 m， 最 大勘探深度为 4 5m。 图 1 1 6煤水文地质探巷高密度点发断面图 由图 1 可 以看 出本次探测共发现两处高值异常 区， 未发现低值异常区。1号异常区点号在 4 48 0 m 之间 1号和 2号断层之间 ， 深度在 1 6～ 3 5 m范 围， 说 明 1 号和 2号断层在勘探 深度范 围内导水性差 。2号 异常区点号在 1 2 4～1 4 8 m之间， 深度在 2 0～3 0 m范 围 ， 可能是 由于徐灰在勘探区相对较 薄 ， 含水性特征不 明显 。 3 ． 3 ． 2 超 前探 测 与工程布 置 超前探测采用定点电源三极电阻率法。以离迎头 1 0 m为零点向后测量， 点距 2 m， 测点总共 3 8个 ， 超前 距离 3 6 m。现场施工共获得高密度 电法物理 点 4 2 0 个 ， 超前探测物理 点 3 8个。 由图 2看出 ， 迎 头前方 l 0 ～ 3 5 m范 围为高 电阻率区 ， 含水性较弱 。 图 2 超 前 探 测 电 阻率 曲线 图 3 ． 4 设置 防水 闸 门 墙 水闸门 墙 是 用来 预 防井下 突然 涌水 威胁 矿井 安全而设置 的一种 特殊闸 门 墙 ， 如若井下 发生水害 时， 可及时关闭闸门， 控制水流， 把水害限制在一定范 围内。该矿 一 4 0 0 m水平运输巷石门和 一 3 0 0 m水平总 回风石门设置防水闸门 墙 。较好的保障该区煤层 的安全开采 。 4结论 该矿在严重受水威胁 下 ， 采取多重措 施 ， 安 全有效 的开采出 1 6煤层 。具体包括 1 条带开采 ； 2 疏水 如 m ∞ 如 0 2 0 1 3 年 第3 期 毒撼j j ； 斛技 2 l 3 矿井周边报废小煤矿水害分析及防治技术 姚六周 ， 王有军， 柴天凯 河 南煤业化工集 团鹤煤公司二矿 ， 河南 鹤壁4 5 8 0 2 0 摘要鹤煤公司二矿开采时间长， 开采面积大， 目前属于资源枯竭衰老型矿井， 矿井水害威胁因素复杂， 防治难度大。通过对矿井周边报废 小煤矿水害潜在威胁程度进行认真分析 ， 采取 了留设防水煤柱 、 井下物探 、 废 弃井筒排查处理 、 注浆封堵突水点 、 建立矿井水 文地质 自动观测 系 统 等一系列切 实有 效技术措施 ， 有效保证 了矿井安全正常生产。 关键词 老空水含水层水潜在威胁 防治技术 中图分类号 T D 7 4 5 ． 2 文献标 识码 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5～ 2 8 0 1 ． 2 0 1 3 ． 0 3 ． 1 3 2 鹤煤公司二矿南距鹤壁市山城区约6 k m， 东距 1 0 7 国道和京广铁路约 2 2 k m， 矿井南北长 5 ． 4 k in， 东西宽 约 1 ． 0 k m， 面积 5 ． 4 0 9 8 k m 。 二矿总体属低缓丘陵地带 ， 地势总体南高北低， 西 高东低 ， 最高标高2 3 9 ． 0 6 m， 最低标高 1 7 0 ． 0 6 m， 相对高 差 6 9 ． 0 0 m。井田中部和北部分布着起伏较大的低缓 丘陵， 丘陵顶部多为第三系粘土或砾石组成， 丘陵之间 发育第四系冲沟坳地和平坦地带，井田西部 O 灰岩 广泛出露 ， c ， L 灰岩局部出露 。 1 周 边小 煤矿 基本 情 况 二矿井 田周 边原有 小煤矿 3 0多个 ， 大部分 位于二 矿南翼浅部地区， 开采二 、 一 、 一 煤层， 除东头煤业 有限公司、 鼎盛煤业有限公 司被鹤安公司整合保 留停 产整顿外 ， 其余 由于资源枯竭、 政策调整原 因均予关 闭， 恢复地貌， 改种农 田。 2 周 边报 废 小煤矿 水 害分 析 由于历史原因， 上述小煤矿密度大、 布局不合理 ， 矿井之间尚未留设隔离煤柱， 区域地质构造复杂， 奥陶 系 O 灰岩含水层抬起与二． 煤及其它各含水层直接接 触 ， 采空区互相联通 ， 生产过程中 曾发生过采 空 区及含 水层突水淹井事故。 第一次是浚县煤矿掘进放炮突水 ， 该矿位于二矿 南翼一水平二十二上山上部的老窑区内， 两矿巷道通 }收稿 日期 2 0 1 21 21 9 作 者简 介 姚六周 1 9 7 5一 ， 男， 河南正 阳人 ， 工程师 ， 2 0 0 9年 1月 毕业于河南理工大学， 现任鹤煤公司二矿地测科长， 从事煤矿生产技 术管理工作 。 过老窑区沟通， 1 9 6 3 年 7月 1 6日， 该矿在上部 1 4 0 m 水平放炮掘进突水 ， 老窑水泄人二十二上 山， 该上 山坡 度大， 水煤下泄凶猛， 二矿一人途经该上山中段时， 被 水煤冲至下部巷道 口死亡 ， 突水量 9 1 ． 0 0 m ／ h ， 1 9 6 3 年 7月 1 9日突水停止 ， 冲出浮煤 4 0余 t ， 放出老空水 1 5 3 4 6 m ， 影响生产 7天， 最终采取措施， 停止浚县煤 矿在上部开采， 封闭其井筒。 第二次是东头村办煤矿在二矿南翼三采区上部二 1 煤底板标高 5 0 m处越层开采一煤组， 1 9 8 9年 8月 2 9日9时4 0分 ， 当延伸下山掘至 一 5 m标高时， 打炮眼 出水 ， 水源为 O 补给 c 。 L ， 涌水量 4 2 5 ． 0 0 m ／ h ， 因该 矿曾越界开采二 煤， 巷道和采空区与二矿沟通， 使得 大量突水泄入二 矿采 空区 和大巷 ， 严 重威胁 了二矿 安 全 ， 造成南翼二、 三下山采 区停产两个月， 经鹤壁矿务 局地测处地面打钻注浆 2个月堵住突水。 二矿井田周边小煤矿除东头煤业有限公司、 鼎盛 煤业有限公司外， 其余均予关闭， 但关闭报废恢复地貌 并不意味着隐患消除， 相反因潜在威胁几率升高 小煤 矿存在正常生产需要排水 增加了防治水的难度， 主要 表现在老空水和含水层水两个方面。 2 ． 1 老 空水 二矿南翼一水平上部 ， 从 中央风井 以北 ， 往南 到煤 层露头 2 5 0 0多 m， 煤底标高 十6 0 m水平以上地区， 前 期有 3 0多个 小煤 矿分 布 ， 矿 井 之 间尚未 留设 隔离 煤 柱 ， 采空区互相联通， 储存大量积水， 大部分生产期间 已疏排， 低洼处仍有部分积水存在， 特别是雨季期间， 井田西部广泛分布的冲、 洪积砾石层和沿河流两岸分 布的砂砾层 ， 能直接接受降水和地表水的补给， 渗透采 空区进入二矿南翼岩石大巷。 降压； 3 超前探测； 4 设置防水闸门 墙 。其中疏 水降压是实现安全开采的关键技术 ， 在实际开采过程 中 ， 重点加 强了此 方面的工作。 参 考文献 [ 1 ] 黎 良杰 ．采场底 板突水 机理 的研究 [ D] ．徐 州 中国矿业 大学 ， 1 9 9 5 【 2 ] 黎良杰， 钱鸣高．底板岩体结构稳定性与底板突水关系的研究 [ J ] ．中国矿业大学学报， 1 9 9 5 4 1 8 ～ 2 3