高水位异常区综采工作面综合防治水技术_吕彪.pdf

第41卷第4期 2013年8月 煤田地质与勘探Vol. 41 No.4 Aug. 2013 COAL GEOLOGY 2.开谏东欢地矿业分公司，河北唐山064002 摘要高水位水文异常区综采工作面开采时受水害威胁较大，为了保证安全开采，必须采取有效 的综合防治水措施．通过在东欢培井田2286工作面回采前对该类工作面进行综合防治水技术研 究，利用施工专用泄水巷道、直流电法勘探、打钻探放以及回采期间应用针对性的防治水技术， 确保了这种特殊条件下大水工作面的安全回采．实践证明，该系列综合防治水技术对其他类似水 文地质条件下综采工作面的安全开采具有一定的借鉴意义． 关键词高水位异常区；综采工作面；综合防治水 中图分类号TD12文献标识码ADOI 10.3969/j.issn. l 001-1986.2013.04.0l O Research and application of comprehensive water prevention and control technology for mechanized mining face in abnormal area with high water level LYU Biao1,2 1. Graduate School, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China; 2. Donghuantuo Mining Company, Kailuan Group Co., Ltd, Tangshan 064002, China Abstract Mechanized mining face in abnormal area with high water level is seriously threatened by water hazards during mining. In order to ensure mining safely, the effective comprehensive water prevention and control tech- no logy must be taken to solve the problems in the process of production. The comprehensive water prevention and control technology for these faces is studied before mining. By cons位uctingdedicated sluicing roadway, DC elec- trical exploration, drilling for detection and drainage, and targeted water prevention and control technology in mining, the mining face with large water in such special conditions is mined safely. The practice shows that the comprehensive water prevention and control technology has certain reference meaning to mining safely for other mechanized mining faces with similar hydrogeological conditions. Key words abnormal area with high water level; mechanized mining face; comprehensive water prevention and control. 东欢吃矿井田位于开平煤田西北侧的车轴山向 斜内，为一独立的隐伏构造。含煤地层为石炭－二叠 系，上覆第四系冲积层，含煤地层基底为中奥陶统石 灰岩。井田存在着第四系冲积层孔隙承压含水层、石 炭－二叠系砂岩裂隙承压含水层和中奥陶统灰岩岩溶 裂隙承压含水层三大含水系统，为水文地质条件复杂 的大水矿井（I］。面对复杂多变的水害隐患，通过多年 的防治水工作实践，尝试和摸索了一些综合防治水的 工作方法。本文以2286工作面为例，介绍高水位异 常区域内综采工作面的综合防治水技术。 1 地质及水文地质概况 2286工作面是－500m水平8煤层北二采区首采 工作面，工作面走向长910m，倾向长153.1mo煤 收稿日期2012-10-16 层厚度为3.6-4.3m，倾角18。。目前已推采540m。 该工作面所处北二采区为新开发区域，水文地质 条件复杂。南有凹’大断层，北临车轴山向斜轴，为一 独立的水文地质单元。各含水层均存在高水位异常。 北二采区的首采工作面，主要受其上部5煤层顶 板砂岩裂隙强含水层的威胁。该含水层初始最高水位 标高为－90m，相对该工作面最大水压为3.1MPa。8 煤层至5煤层平均间距为48.4m，而导水裂隙带大于 此间距，经计算导水裂隙带高度为60m。因此，工 作面回采垮落后，导水裂隙将导通5煤顶板含水层， 使含水层水顺裂隙进入工作面。 另外，根据三维地震勘探资料分析，该采面存在 6条断层，分别为DF17、DF26、DF25、DF27、DF35、 DF21，对工作面的回采有较大影响。 作者简介吕彪（1980--寸，男，辽宁法库人，硕士研究生，工程师，从事煤矿生产技术的管理和研究工作． ChaoXing 第4期吕彪高水位异常区综采工作面综合防治水技术 41 此外，该工作面在掘进期间共揭露断层12条， 落差在0.8～7.0m，均为张性正断层。 根据采面附近水文观测孔水位、含水层参数及采区 范围，预计工作面回采过程中最大涌水量10.76m3届血， 正常涌水量8.07m3/min。 2 回采前的防治水工作 2.1 按规范设计及施工专用泄水巷道 根据该工作面水文地质条件分析和涌水量的预 测，在工作面设计时充分考虑了工作面的排泄水问 题。在运道同煤层倾斜下方设计了泄水巷、泄水川、 沉淀池等排泄水工程。泄水巷按5。坡度施工，采面 处高，外口低，充分利用巷道工程实现自然泄水，减 少设备排水，达到防治水工程的本质安全。这些工程 与采面风道、运道同时设计、同时施工、同时投入使 用。工作面共设计及施工了泄水巷道工程1230 m, 施工探放水钻窝7个。 2.2 掘进期间的起前探测工作 在掘进时，每50m应用便携式矿井地质探测仪 进行一次超前震波探测，主要查明是否有大的导水断 层，保证据进施工安全。 对三维地震给出的断层及超前震波探测异常区进 行打钻探测。如遇三维地震探测出的6条断层时，撒（煤 矿防治水规定［2］要求均提前停止掘进，进行打钻探测， 至工作面圈定完毕。先后进行了6次超前探钻，共施工 10个钻孔，总工程量444.8m，保证了掘进的安全。 2.3 回采前直流电法探测 为了探查顶板含水层的富水区域分布情况，在工 作面回采前提前进行顶板水的电法探测工作［3-5］。分 别在工作面风道、运道、泄水巷进行了直流电法顶板 富水性探测工作。 通过井下高分辨电法探测，共探测出3个富水异 常区（图1）。这说明5煤层顶含水层在此区域内富水 性不均一，有强有弱。经进一步分析预测，其中1 号富水异常区对回采初期影响较大，为有针对性地进 行钻探疏水工作提供目标区。 2.4 超前疏水降压工作 根据直流电法所给出的富水异常区及实际资料 分析，该采面主要水害隐患为上方的5煤层顶含水层 水，水压高且赋水量较大，必须提前进行疏水降压工 作。根据现场条件制定了详细的整体疏水方案设计， 设计钻窝7个，钻孔35个，并分步实施［6］。按由里 到外、由下到上的顺序分别在里、外泄水巷及风道， 对5煤层顶以上20m左右的粗砂岩含水段，进行了 探测和疏水降压钻孔施工。 0 150 300 m＂＇－.＿茫＼ 图12286工作面直流电法勘探成果图 Fig. l Result of DC electrical exploration in working face 2286 到目前为止，共施工36个钻孔（图2），累计疏放水 465万m3，水压由采前3.1MPa降到了0.8MPa以下， 极大地减少了采面的涌水。因此，打钻疏水降压对2286 这一大水工作面的安全开采起到了关键作用。 图22286工作面疏水降压钻孔平面布置图 Fig. 2 Layout plan of boreholes for decreasing pressure by water drainage in working face 2286 3 回采期间的防治水措施 根据以往的防治水经验，采面突水后，涌水从采 面、巷道经过时会携带大量的煤泥、浮肝，造成淤埋 巷道、使工作面不能正常排水，甚至威胁到矿井中央 泵房的排水安全。针对2286这一厚煤层、俯斜开采 的大水工作面，为防水煤泥造成的危害，建立了一套 利用多种措施进行煤水分离的排泄水系统，从源头上 解决水煤泥问题。 a.采面加导水漏斗，减少采面水进入溜子而造 成水煤泥。 b.应用过水溜槽。采面下来的水煤泥在进入转 载前先进入安设的过水40T溜子，溜槽底打眼将进入 溜子的水滤掉，滤后水再进入铁槽水沟。 c.安设铁槽水沟。工作面风道、运道及泄水巷 全部采用铁槽水沟，减少涌水冲刷、淤埋水沟及巷道。 d.振动筛的应用。将地面洗煤厂的振动筛运用 于井下进行煤水分离，这是一个创新点。本工作面在 泄水巷按串、并联方式共布置了5套振动筛，沿水沟 流出的水煤体经过逐粒级筛分，可彻底将0.3mm以 上的煤研分离出来。 （下转第45页） ChaoXing 第4期张乐中等利用水化学特征识别桑树坪煤矿突水水源 45 有出现明显的变化，所以也不会是地表水，有人认为 本次突水水源为黄河水，但是通过水质类型分析，排 除了黄河水是本次突水水源的可能。但是，本区域奥 陶系灰岩含水层为强含水层，完全符合本次突水的特 点。由于本研究是在不同的时间段采集的突水水样， 所以突水水质存在明显的区别。分析认为最先采集的 水样应该是混杂有奥灰水的老窑水，后续采集的水样才 应该是引起本次突水水源的真实水样。因此，可以判定 本次突水事故的突水水源为奥陶纪灰岩岩溶水。 2012年4月28日，桑树坪煤矿突水治理工程完 工。验证了本次水害水源为奥灰岩溶水的这一判断结 果的准确性，其突水点位置为禹昌矿开采巷道。事故 原因是与该矿相邻的禹昌煤矿（乡镇资源整合矿）11 号煤层底板发生突水，通过采空区进入桑树坪煤矿北 二采区，在280大巷密闭墙处渍人矿井。 4结语 a.通过对桑树坪煤矿矿井出水点的水化学特征 的分析，并且和矿区不同含水层可能引发突水的背景 值进行比较，结合矿井的水文地质条件和突水情况等 特点，综合判断出水点的水源为奥灰岩溶水，并且这 一结论在突水事故治理中加以证实。 b.建议今后建立并完善矿井各个含水层的水化 学特征数据库，依据不同水源的差别和内在联系，揭 示判别主要指标。当出现井下涌水的突发事故时，可 准确利用水化学特征分析方法较为快速的对出水水 （上接第41页） e.增多加大沉淀池。经过振动筛分级处理后的 水中仍存在0.3mm以下的煤泥，为进一步促使其与 水分离，在泄水巷共设有4个大型和3个小型沉淀池， 这些沉淀池可交替轮换使用。 t建立清水收集系统。将疏水钻孔的涌水收集起 来，不使清水进入工作面水沟，减少水沟浑水流量。钻 孔水进入单独的管路，经风道、泄水巷的分支管路排至 北二大巷的总排水管路（φ273mm），再外排至大巷水沟。 经上述各阶段煤、水分离后，采面的水媒体变清 水后才能进人大巷水沟。这一煤水分离系统对减少巷 道淤堵、保证中央泵房排水安全均起到了重要作用。 4 实际效果 目前，该采面已回采540m，共获得煤炭59.5万t。 在实际生产中，工作面最大总涌水量曾至10.52旷／min, 但采面最大涌水量仅为1.9旷Im血，其余均为疏水孔疏 水量，目前工作面总水量为7.83m3/min，采面水量为 1.2 m3/min，采面老塘0.25旷／min，风道及运道老塘水 源做出判别。 参考文献 川赵同谦，张彦红利用水化学数据判别矿井突水水源方法探 讨［几焦作工学院学报，1996,154 34-39. [2］王玉民，焦立敏．利用水质分析法判定矿井涌水水源［月．煤矿 安全，2001,3210 12-14. [3］高卫东．水化学法在矿井突水水源判断中的应用［几矿业安全 与环保，2001,105“-45. [4］李明山，禹云霄，路风光．姚桥煤矿矿井突水水源模糊综合评 判模型［月．勘察科学技术，2001216-20. [5］闰志刚，杜堵军，郭达志矿井涌水水源分析的支持向量机模 型［巧．煤炭学报，2007,328 842-847. [6］张瑞刚．基于GIS的潘一矿地下水环境特征分析及突水水源判 别模型[D］.合肥合肥工业大学，200871-80. [7］岳梅．判断矿井突水水源灰色系统关联分析的应用［几煤炭科 学技术，2002,304 37-39. [8］余克林，杨永生，章臣平．模糊综合评判法在判别矿井突水水 源中的应用［月．金属矿山，2007347-50. [9］魏永强，梁化强，任印固，等．神经网络在判别煤矿突水水源 中的应用［月．江苏地质，2004,281 36-38. [10］钱会，马致远．水文地球化学阳］．北京地质出版社，2005. [11］黄平华，陈建生．焦作矿区地下水水化学特征及涌水水源判别 的FDA模型［几煤田地质与勘探，2011,392 42-47. [12］杨海军，王广才．煤矿突水水源判别与水量预测方法综述［月． 煤田地质与勘探，2012,403 48-55. [13］中华人民共和国煤炭工业部.MT.厅672-1997煤矿水害防治水 化学分析方法［SJ.北京中国煤炭工业出版社，1998. 量为1.0m3/min，疏水钻孔水量为5.78旷／min。通过钻 孔的疏水，果面30组以上已无顶板水，并且随着5 煤层顶含水层的疏放，水压逐渐降低，采面涌水有进 一步减小的趋势。 参考文献 [1］李建民开潦矿区大倾角煤层开采技术协句．北京煤炭工业出 版社，200911-16. [2］国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局．煤矿防治 水规定［SJ.北京煤炭工业出版社，200925-30. [3］王连元．断层裂隙水的天然电场动态响应特征［月．煤田地质与 勘探，2012,401 76-78. [4］崔运生，李东志，刘鹤明，等．直流电法仪在超前探测中的应 用［巧．中州煤炭，2008577. [5］王邦成，孙吉益，冯玉静，等直流电法在探测巷道底板富水 性中的应用［几河北煤炭，2001158-59. ［句李萍．煤矿井下综合物探超前探测技术与应用［几煤田地质与 勘探，2012,404 75-78. ChaoXing