隐蔽灾害治理示范工程建设的可行性分析.pdf

第 2期 2 0 1 5年 2月 山 西 焦 煤 科 技 S h a n x i Co k i n g Co a l S c i e n c e Te c h n o l o g y No ． 2 Fe b． 2 01 5 专题综述 隐蔽灾害治理示范工程建设的可行性分析 李亚斌 ， 于 强 1 ．内蒙古利民煤焦有限责任公司， 内蒙古 鄂克托旗0 1 6 0 6 4 ； 2 ．郑州煤炭工业 集团 有限责任公司 告成煤矿， 河南登封4 5 2 4 7 7 摘要为保证煤炭工业的安全、 和谐发展 ， 煤矿 隐蔽灾害治理越来越重要。以告成矿为示范矿 井， 分析 了隐蔽灾害治理工程建设的必要性， 结合安全生产 中存在的主要 问题 ， 提 出了具体的工程 实 施方案。该工程的建设和实施改善 了告成矿的水害及瓦斯治理 ， 为矿 井安全生产及快速发展 创造 了 条件 ， 为类似条件下矿区隐蔽灾害治理起示范作用。 关键词 隐蔽灾害； 高精度地球物理技术 ； 疏水巷 ； 扩容 ； 超前探测； 水力冲孔 中图分类号 T D 7 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 0 6 5 2 2 0 1 5 0 2 0 0 1 0 0 3 我国煤炭工业的发展和产业结构调整的不断深 化 ， 对煤炭工业集约发展 、 安全发展 、 和谐发展提出了 更高的要求 ， 煤矿隐蔽灾害防治问题越来越受到关注 和重视 ， 2 0 1 3年国务院办公厅下发 关于进一步加强 煤矿安全生产工作 的意见 国办发 [ 2 0 1 3 ] 9 9号 ， 其 中要求强制查明隐蔽致灾 因素 ， 未查明的， 不得划 定矿区范围、 不得继续建设和生产。建设隐蔽灾害治 理示范矿井不仅对郑煤集 团告成矿长远发展和安全 生产有着重要的意义 ， 而且以告成矿隐蔽灾害治理为 辐射 ， 带动了整个郑州矿区乃至全国类似条件的矿区 隐蔽灾害治理技术的进步。 1 工程建设的必要性 1 顶底板水害严重 ， 威胁矿井安全。 煤矿水害是制约我国煤炭生产的重大矿井灾害 之一 ， 告成矿水文地质条件复杂， 根据 2 0 1 2年 矿 井水文地 质 类 型 报告 有 关 数据 ， 矿 井 正 常 涌水 1 3 1 5 ． 9 5 m ／ h ， 最大涌水量 2 3 0 0 m 。 ／ h ， 矿井建井 以 来底板含水层突水 3 1 次 ， 最大突水量 8 1 0 m ／ h ， 顶板 突水 1 5次 ， 最大突水量 1 6 1 0 m ／ h ， 顶底板水患严重 威胁矿井安全生产。 2 煤层透气性差 ， 瓦斯治理困难。 告成矿所采二 煤层属豫西“ 三软” 煤层 ， 透气性 为 0 ． 0 8 m ／ MP a d ， 随着矿井开采深度的延伸， 煤层 瓦斯含量、 瓦斯压力逐步升高 ， 开采期间的煤与瓦斯突 出危险性 日益严重， 煤与瓦斯突出强度 、 矿井瓦斯涌出 量显著增加 ， 严重影响和制约煤矿企业的正常生产 J 。 在现有的抽放技术条件下， 为有效解除工作面的突出 危险， 矿井往往需要 6～8个月， 乃至十几个月 的时间 进行采前预抽 ， 但因瓦斯突出制约着安全生产。 2安全生产中存在的主要问题 2 ． 1 水害隐患探查手段 、 疏水措施单一 告成矿顶板水探查主要依据地面钻孔资料和瞬 变电磁物探资料 ， 滑动构造 导致煤层顶板构造复杂 ， 地面钻孔为点数据 ， 给分析顶板构造带来一定难度。 瞬变电磁物探虽然能对顶板富水区进行探测 ， 但对顶 板裂隙、 构造等情况无法进行有效探测 ， 增加 了顶板 疏水巷 区域治水工程风险。 矿井在水害防治方面缺少有效探测手段和技术 装备 ， 物探手段单一 ， 采掘活动附近 区域致灾 因素辨 识度不高 ， 钻探工程施工盲 目性大。 2 ． 2 区域 瓦斯治理 困难 告成矿开采 的主要采区 中， 2 1采 区、 2 3采 区、 2 5 收稿 日期 2 0 1 41 22 7 作者简介 李 亚斌 1 9 8 5 一 ， 男 ， 山西大同人 ， 2 0 1 0年毕业于华北科技学 院， 助理工程师 ， 主要从 事煤矿 “ 一通三防” 技术管理工作 Em a i l 1 3 5 2 2 7 0 5 7 4 3 1 3 9 ． c o rn 2 0 1 5年第 2期 李亚斌等 隐蔽灾害治理示范工程建设的可行性分析 采区瓦斯含量高， 随着矿井开采深度的增加和开采强 度 的增大 ， 煤与瓦斯突出危险性将 日益严重。同时由 于所开采二 煤 层 的瓦斯压力 较大 、 内生裂 隙不 发 育、 煤层透气性差 、 煤质松软 、 瓦斯含量大、 瓦斯放 散 初速度大 、 煤 的坚 固性系数低 ， 无论是采取顶底板岩 巷穿层抽采措施， 还是采取顺层钻孔预抽煤层瓦斯区 域防突措施 ， 都需要较长的预抽期和较大的预抽工程 量 ， 生产接替 困难 。 3 隐蔽致灾工程实施方案 3 ． 1 引进高精度地球物理技术 告成矿 目前在底板水治理方面主要 以局部措施 为主， 巷道掘进过程 中利用直流电法仪对迎头前方地 层的富水情况进行超前探查 ， 结合钻探资料分析迎头 前方岩层富水性及前方导水通道发育情况 ， 对富水 区 进行超前疏放或预注浆加固； 采煤工作面底板水治理 主要采用直流 电法物探探测工作面底板低阻异常区 ， 对低阻异常区进行重点探测加 固l 3 ] 。 自2 0 0 7年来 ， 针对煤炭开采安全对地震和非地 震勘探成果要求 ， 东方地球物 理公 司和有关煤 矿企 业 ， 开展了围绕高精度三维地震勘探和高密度电法勘 探的采集 、 处理和解释 、 综合评价技术的研究和应用 工作 ， 形成了较为配套 的勘探技术 系列 ， 并在 国内多 个煤业集团得到成功应用 ， 取得 了良好效果 ， 这些研 究和成果为该示范工程建设奠定了重要的基础 。 通过多物探信息的煤矿富水区及导水裂隙的综 合预测技术， 结合地震资料和时频电磁资料， 综合预 测富水 区分布范围及导水通道发育情况 ， 应用多地震 属性对煤矿瓦斯 富集 区的探索性预测研究。如瓦斯 气岩石物理建模 ， 是通过模型研究瓦斯分布对地球物 理响应特征的影响 ， 分析瓦斯气 的分布特征， 结合构 造解释、 裂缝预测 以及 区域煤 田地 质特征等综合信 息， 分析影响瓦斯气分布的地质因素。 3 ． 2布置顶板疏水巷减少工作面涌水 通过分析二 煤层顶板三 叠系圈门组 下统砂岩 含水层分布情况 ， 根据含水层分布情况 ， 在适当地段 修建疏水巷道， 使巷道与顶板砂岩径流方向垂直或斜 交 ， 尽可能切穿顶板滑体砂岩裂隙破碎带 ， 此外 ， 辅以 疏水钻孔增加截流面积 ， 以达到最佳的放水效果 。通 过疏水巷道对工作面顶板砂岩含水层中的水进行袭 夺 ， 在人为控制下有 目的地放水 ， 把疏水巷道作 为井 下施工的 自然疏放基地； 形成 以疏水巷道为中心的降 落漏斗 ， 达到减少工作面涌水的 目的。 结合 2 1 采区、 2 5采区瞬变电磁物探资料和顶板 三叠系圈门组下段砂岩含水层分布情况 ， 在受三叠系 下统圈门组砂岩含水层影响较大的施工顶板疏水巷 和疏水钻孔 ， 对 区域顶板水进行超前疏放 ， 确保 2 1 、 2 5和 2 3采区受顶板水影 响工作 面在开采前顶板水 水位降到安全水位 以下 。目前 ， 正在施 工 的有疏放 2 1 采区下部和 2 3采区上部顶板水的 2 1 采 区顶板疏 水巷和疏放 2 5 0 0 1工作 面顶板水 的 2 5 0 0 1工作 面顶 板疏水巷 ， 计划中的有疏放 2 5采区中下部的 2 5采区 顶板疏水巷和疏放 2 3采区下部顶板水的 2 3采区顶 板疏水巷 。 3 ． 3矿 井排 水 系统扩 容改造 随着矿井开采水平 向深部延伸， 矿井涌水量逐步 增加 ， 水害治理难度逐渐加大。根据矿井采掘接替计 划 ， 矿井技改的南翼副井与现采掘区域贯通前 中央排 水系统需承担 1 3采 区、 2 5采 区、 2 1 采 区及 2 3下山巷 道的涌水量 ， 预计全矿井正常涌水量 2 2 2 3 ． 6 m ／ h ， 最大涌水量 2 4 7 9 ． 8 m 。 ／ h ． 现有的中央泵房安装 9台 MD 5 0 0 5 7 7型水泵 ， 在矿井处于最 大涌水 量时 ， 需启动 8台水泵可满足排水要求 ， 但是不能满足 煤 矿安全规程 规定的工作水泵、 备用水泵、 检修水泵 之间的系数比关系 ， 需增加 4台同型号水泵 ， 而现有 中央泵房 已无扩容位置 ， 故在主副井底附近增设了一 个附属泵房 、 变电所 等， 并通过联络巷与主排水 阵地 连通 ， 利用现有主井底水仓有效 容量， 提高主排水阵 地排水能力。排水系统增容改造工程量共约 4 0 1 m， 同时施工 2个孔径 d 4 2 6 m m排水钻孔 7 6 0 m 来增 设 2趟排水管路 。另外 ， 对地面变 电所进 行增容改 造 ， 保证排水系统供电安全 。改造完成后 ， 附属泵房 安装 4台 MD 5 0 05 7 7型水泵 ， 预 留 2台水 泵位 置 ， 矿井排水 能力将完全 满足 目前和后期安 全生产 需要 。 3 ． 4地质 、 瓦斯 区域 超前探 测 工程 通过矿井三维及时频 电磁物探工程能预测富水 区分布范围及导水通道发育情况 以及预测 瓦斯 富集 区分析影响瓦斯气分布和构造解释、 裂缝预测 以及区 域煤 田地质特征等综合信息。对预测区域开展瓦斯 地质区域探测验证 ， 根据物探和探测地质结果 ， 最终 实现合理优化顶板疏水巷和穿层瓦斯抽放钻孔设计 ， 同时保证后续的采掘工作面安全措施编制 的针对性 。 山 西 焦 煤 科 技 2 0 1 5年第 2期 沿计划采掘 区域走 向 倾 斜 条带每 3 0～5 0 m 布置至少 2组探测钻孔 和瓦斯参数测试钻孔 探测 验证水文钻孔和瓦斯参数测试钻孔可共用 ， 探测煤 层赋存、 地质构造等情况。同时， 每3 0 5 0 m至少测 试 1组煤层原始 瓦斯 含量 有条件可 同时测定瓦斯 压力参数 。 3 ． 5利用水力冲孔增透抽采瓦斯 水力 冲孔是水力化增透消突措施中的一种 ， 它是 在煤层内部通过高压水射流冲出大直径孔洞 ， 再连接 抽采管路抽采煤层 中的瓦斯 ， 从而达到降低煤层中瓦 斯压力 ， 消除突出危险性的 目的。 2 5 0 0 1 工作面为近两年此矿井主力工作面 ， 位于 2 5采区上部 ， 切巷长 1 9 2 m， 煤厚 1一l 0 ． 8 m， 平均煤 厚 6 m， 煤层倾角 5 。 ～1 6 。 ， 平均倾角 1 0 。 ， 实测最大原 始瓦斯含量为 2 2 ． 2 6 m ／ t ． 与工作面上下副巷和切巷 间距 2 0 m底 板 L 一 。 灰 岩 中设 计有 底板 抽放 巷 约 2 5 0 0 m， 工作面主要采用穿层钻孔预抽 回采 区域煤 层瓦斯区域防突措施。钻孔 间距按 6 m6 m布置， 钻孔直径 9 4 m m， 孔 口间距 ≥3 0 0 m m． 钻孔深度为穿 透煤层进人煤层顶板 I0 ． 5 m． 钻孔控制范围为工作 面整个 回采 区域及停采线外 2 0 m范 围。同时 ， 为提 高穿层钻孔瓦斯抽采效果 ， 合理选择抽采钻孔和水力 冲孔增透卸压钻孔布置方式 ， 增透卸压钻孔使用直径 1 3 3 mm或 9 4 m m钻头配用三棱钻杆 冲孔 ， 单孔泄煤 量要求每米煤孔 ≥1 m ， 总泄煤量不得小于钻孔控制 块段煤炭储量 的 1 0 ％ e ， 增透卸压钻孔联 网进行抽采。 从 目前 2 5 0 0 1工作面已回采的 0 2 2 0 m段抽采达标 情况来看 ， 共施工有 4 5 0个穿层钻孔 ， 泄煤量 2 8 1 6 t ， 泄煤率 1 6 ． 7 ％ 0 ， 抽放瓦斯 5 4 ． 8万 m ， 保证了工作 面 正常安全生产。 4预期建设效果 1 矿井 5 m以上断层控制达到 7 0 ％以上 ， 含水 层富水性及导水通道探测符合率达到 6 0 ％ 以上 ， 瓦 斯富集区探测率达到 8 0 ％以上。 2 通过工作面顶板疏水和底板 注浆加 固， 改善 工作 环境， 杜绝 突水 事故， 矿井 正 常涌 水 量 由 1 3 1 5 ． 9 5 m ／ h降至 6 0 0 m ／ h以下 。 3 通过区域探测 和局部探查 ， 划分煤层 瓦斯 赋 存区域 高瓦斯煤体、 突出煤体、 高应力煤体 ， 在高 瓦斯区施工抽采巷和抽采钻孔进行消突治理。 4 通过实施隐蔽灾 害治理工程 ， 改善矿井水 文 地质条件 ， 减少矿井涌水量 ， 对矿井水 害进行综合 治 理 ， 封堵 已有突水点 、 加固断层带、 封闭导水裂隙带。 5 结束语 隐蔽灾害治理示范工程 的建设 和相关项 目的实 施 ， 将使告成矿在水害治理及瓦斯治理上彻底改变面 貌 ， 杜绝水灾及瓦斯事故 ， 逐渐建立本质安全型矿井 ， 为矿井安全生产和快速发展创造条件。 参考文献 [ 1 ] 吴伟征 ， 康莉 莉． 基于 A r c G I S和 E C MA HP的煤层底板突水后果严重度评价研究 [ J ] ． 中州煤炭 ， 2 0 1 4， 1 5 5 1 5 4 [ 2 ] 吴伟征． 查庄煤矿底板突水风险评价研究 [ D] ． 青岛 山东科技大学 ， 2 0 1 1 ． [ 3 ] 张文泉． 矿井水 害预 防与治理 [ M] ． 徐州 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 7 1 1 2一l 1 4 ． F e a s i b i l i t y A n a l y s i s o n D e mo n s t r a t i o n P r o j e c t Co n s t r u c t i o n o f Hi d d e n Di s a s t e r M a na g e me n t L I Ya b i n． Y U Q i a n g Abs t r a c t To e n s ur e t h e s a f e t y a n d h a r mo n i o u s d e v e l o p me n t o f c o a l i n d u s t r i e s，c o a l mi n e h i d d e n d i s a s t e r ma n a g e me n t b e c o me s mo r e a n d mo r e i mp o r t a n t ． Ga o c he n g c o a l mi n e i s a s t h e d e mo n s t r a t i o n，a n a l y z e s t h e ne c e s s i t y o f p r o j e c t c o n s t r u c t i o n i n h i d d e n d i s a s t e r m a n a g e me n t ， c o m b i n e s w i t h t h e ma i n p r o b l e m s e x i s t i n g i n s afe t y p r o d u c t i o n ， p u t s f o r w a r d t h e s p e c i f i c p r o j e c t i mp l e me n t a t i o n p l a n ．T h e c o n s t ruc t i o n a n d i mp l e me n t a t i o n o f t h i s p r o j e c t h a v e i m - p r o v e d t h e wa t e r a n d g a s c o n t r o l i n Ga o c h e n g c o al mi n e ．I t c r e a t e s c o n d i t i o n s f o r mi n e s afe t y p r o d u c t i o n a n d qu i c k de v e l o p me n t ，a n d p l a y s a d e mo n s t r a t i o n r o l e for mi n e h i d d e n d i s a s t e r ma n a g e me n t u n de r s i mi l a r c o n d i t i o n s ． Ke y wo r d s Hi d d e n d i s a s t e r s ；Hi g h p r e c i s i o n g e o p h y s i c a l t e c h n o l o g y；Hy d r o p h o b i c r o a d wa y；Di l a t a t i o n；Ad v a n c e d d e t e c t i o n；Hy d r a ul i c flu s h i n g