大阳煤矿环边界探放水技术研究_杨炳瑞.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 0引言 矿井水害作为矿井五大灾害之一， 严重威胁着井 下生产安全， 尤其在复杂地质条件下， 如采空区、 老窑 积水、 断层含水带、 地上胡泊江河等， 矿井水害问题更 为突出， 为保证井下生产人员的安全及矿井的正常生 产，有必要在矿井开拓及生产中进行探放水工作[1-3]。 以随时掌握井下涌水情况， 减少或避免煤矿生产过程 中遇到突水等重大安全事故， 同时， 环边界探放水能 从全局掌握一个煤矿或采区的详细水文地质条件， 为 生产期间的井下安全提供更为可靠的技术资料， 为进 一步了解大阳煤矿生产过程中的水文地质条件[4-6]。 本 文按照 “有掘必探、 先探后掘” 的防治水原则， 在物探 先行且无异常的基础上采用扇形方式加边界孔布置 钻孔， 对工作面进行探放水， 探测工作面前方、 顶板、 两侧及采空区侧的含水情况[7-8]。 1工作面概况 1.1工作面位置 环边界探水巷西部为大阳煤矿西部井田边界 （与 王坡煤矿相隔 60m 的矿界保安煤柱） ，东部为 3307 设计工作面，环边界探水巷北部为三采区三条大巷， 南部为大阳煤矿南部井田边界。 环边界探水巷对应地 表位于王坡村西部约 1100m，地表大部为山梁和山 谷， 沟壑发育， 地形总体为北高南低， 其采掘工程平面 图如图 1 所示。 图 1环边界探水巷平面图 1.2煤 （岩） 层赋存情况 根据 3 煤层底板等高线及相邻工作面 3304 回 采揭露煤层观测资料分析工作面煤层整体走向 133～193， 倾向 223～283， 倾角 2～14， 为缓倾斜煤层， 工作面煤层结构简单， 局部含有 0～1 层夹矸， 厚度 0～0.2m， 煤层平均厚度为 5.5m。 1.3水文地质情况 1 ） 根据相邻工作面揭露水文地质情况分析 环边 界探水巷煤层水文条件简单， 其主要充水水源为顶板 砂岩裂隙含水层， 该含水层富水性弱， 补给条件差， 厚 度平均 8.29m，单位涌水量 0.0069L/s.m, 渗透系数 大阳煤矿环边界探放水技术研究 杨 炳 瑞 （山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿分公司 ， 山西 晋城 048003 ） 摘要 为进一步探明大阳煤矿水文地质条件， 并进行探放水工作， 本文根据该矿实际地质条件， 对其 环边界探放水巷道进行了设计， 并给出了具体设计数据， 同时根据探放水工作施工的流程， 并结合实 际工程情况， 提出了一系列安全措施。 关键词 环边界 ； 探放水 ； 设计 ； 安全措施 中图分类号 TD323文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0151- 04 Research on Water Exploration and Drainage Technology of Ring Boundary in Dayang Coal Mine YANG Bingrui DayangCoal Mine Branch ofShanxi Orchid Science and TechnologyVenture Co., Ltd., Shanxi Province, JinchengCity, 048003 Abstract In order to further explore the hydrogeological conditions of Dayang Coal Mine and carry out water exploration and drainage work, according to the actual geological conditions of the mine, this paper designs the water exploration and drainage roadway around the boundary of the mine, and gives the concrete design data. At the same time, it points out the construction process of the water exploration and drainage work, and puts forward a series ofsafety measures combined with the actual engineeringsituation. Key words Ringboundary; Water exploration and drainage; Design; Safetymeasures 151 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 0.0956m/d；工作面在掘进过程中顶板局部地段可能 会有滴水、 淋水现象。 2 ） 根据水文地质人员野外实际调查， 环边界探水 巷工作面对应地表主要为山梁和山谷地带。 地表无河 流、 水库、 湖泊、 池塘等地表水体， 工作面不受地表水 害威胁； 3 ） 根据我分公司钻孔及废弃井筒调查资料分析， 环边界探水巷掘进范围内无封闭不良钻孔及废弃井 筒； 4 ） 根据 DY- 1s 和 DY- 2s 水文钻孔监测数据分 析 井田内奥灰水水位标高 546.5m～550.6m， 低于 煤层底板 50m- 90m， 对工作面无影响； 5 ） 环边界探水巷西部相隔 60m 煤柱为王坡煤矿 3201 采空区， 根据水文地质调查情况分析 王坡煤 矿 3201 采空区有一处积水为 JS- 9，积水面积为 6100m2， 积水量为 10200m3， 该积水距我矿为 197m； 同时环边界探水巷与王坡煤矿留设有 60m 的可靠 保安煤柱， 综合分析， 环边界探水巷受老空水的影响 较小。 6 ） 根据 三采区、 四采区、 中央及南翼采区地面电 法勘探报告以及以往相邻工作面揭露断层情况分 析 环边界探水巷煤层无明显富水性； 7 ） 综合分析该工作面掘进无突水威胁； 根据邻近 工作面涌水量统计， 预计工作面主要涌水来源为生产 性用水， 通过比拟法计算， 预计正常涌水量为 3m3/h， 最大涌水量为 10m3/h。 2探放水设计 2.1准备工作 本次探放水采用物探与化探相结合的综合地质 探测方法， 对两种探测方法的数据进行对比分析， 可 更加详细的掌握地质情况，为探放水设计提供可靠 的技术资料， 根据实际情况及相关技术资料， 本次探 放水采用的设备及型号为物探设备采用 YCS200 矿用本安型瞬变电仪磁，化探设备采用 HA- W300 矿 井 充 水 水 源 快 速 识 别 仪 ， 钻 机 型 号 为 ZQJG- 580/10.0 型气动架柱式钻机， 钻具配备为直径 65mm、 长 1000mm 的钻杆不少于 80 根， 直径 70mm 的硬质合金钻头 3 个。 按照晋兰股字〔2015〕 478 号文件及本探放水设 计的要求， 物探采用循环法进行超前探测， 超前距为 30m， 每次钻探前进行物探。探测时对掘进迎头正前 方、 30夹角上方及 - 30夹角下方三个方向布置 3 条测线， 每条测线 11 个探测点， 共 33 个探测点。 为确保探放水工作的安全，应事先确定好排水 路线， 工作面主要排水为生产用水及顶板滴水淋水， 预计工作面排水量最大为 10m3/h，工作面应选用 4 寸排水管， 在巷道低洼处设置容量为 10m3左右的临 时水仓并安装两台排水泵 （一备一用） ， 扬程不小于 100m。具体水泵型号选择应与排水管路、 排水量相 适应。排水路线为环边界探水巷工作面→三采区 6 胶回联络巷→三采区 7 轨胶联络巷→三采区 2 号水仓→三采区轨道巷→三采区 1 号水仓→三采区 轨道巷→西风井井底主 （副） 水仓→地面， 排水路线 示意图如图 2 所示。 图 2环边界探水巷排水系统示意图 2.2探放水设计 2.2.1探放水参数确定 1 ） 探放水起点 本设计首次探放水位置为环边界 探水巷开口处。 2 ） 超前距 根据 煤矿防治水细则 及相关文件的 要求， 本次探放水设计超前距为 30m。 3 ） 允许掘进距离 根据实际探放水施工情况确定 的安全距离。 4 ） 帮距 为使巷道两帮与可能存在的水体之间保 持一定安全距离布置最外侧探水钻孔所控制的范围 与巷道帮的距离称为帮距， 取 20m。 5 ）本探放水设计为工作面基本钻探，正常钻探 不进行取芯作业， 如钻探遇异常情况， 要对异常区域 进行取芯， 以便准确判断。 2.2.2钻孔数目及布置方案 钻孔数目及布置方案根据煤矿防治水细则 及 省厅、 市局文件要求， 并参照大阳煤矿可采区巷道掘 进防治水措施， 结合 环边界探水巷工作面设计 进行 设计。环边界探水巷分四部分进行探放水， 具体钻孔 数目及布置方案详见表 1～ 表 4 152 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 表 1环边界探水巷 0m～15m 探放水设计钻孔参数表 表 2环边界探水巷 15m～65m 探放水设计钻孔参数表 表 3环边界探水巷 65m- 1589m 探放水设计钻孔参数表 表 4环边界探水巷 1589m- 2061m 探放水设计钻孔参数表 3探放水施工 3.1施工顺序 先施工中间 1 孔，再施工 2、 3、 4、 5、 6 孔， 当施工过程中遇地质变化， 或无法钻进时， 重新调整 打钻位置进行补孔， 并加密钻孔数量， 否则不得进行 掘进施工。 3.2钻孔质量要求 1 ） 钻孔位置准确， 钻孔水平角、 垂直角由地测人 员核定， 角度偏差不大于 0.5； 2 ） 孔深误差小于 0.5。 3.3特殊情况下探放水设计调整 如果在施工中， 1 钻孔实际钻探长度未达到设 计长度时，应及时调整最外侧 2、 3 钻孔水平角， 保 证帮距留足 20m， 4、 5 钻孔垂直角度根据 1 眼实 际钻探长度由地测科技术员进行现场调整， 具体参数 见表 5 表 5钻孔参数调整表 4安全措施 图 3避灾路线图 探放水工作中危险源较多， 在施工中要采取一系 列的安全措施， 来保证人员的安全， 如安钻前要加强 对钻孔附近的巷道支护， 钻机必须安装牢固， 要有相 应能力通风设施， 施工过程中要注意观察有无突水征 兆， 瓦检员随身携带瓦检仪测量瓦斯浓度， 同时需要 制定专用的避灾线路， 如图 3 所示， 发生水害、 瓦斯等 灾害的避灾路线为 钻孔 编号 位 置 孔高 （m ） 方位角垂直角 孔径 （mm ） / 孔深m 超前距 1巷道正中1.21880φ70/70 30m 2距左帮 0m1.21720φ70/73 3距右帮 0m1.22040φ70/73 4巷道正中1.3188130＇φ70/71 5巷道正中1.1188-240＇φ70/71 6右帮1.2290-130′φ70/35 钻孔 编号 位 置 孔高 （m ） 方位角垂直角 孔径 （mm ） / 孔深m 超前距 1巷道正中1.21800φ70/70 30m 2距左帮 0m1.21640φ70/73 3距右帮 0m1.21960φ70/73 4巷道正中1.3180130＇φ70/71 5巷道正中1.1180-240＇φ70/71 6右帮1.2290-130′φ70/35 钻孔 编号 位 置 孔高 （m ） 方位角垂直角 孔径 （mm ） / 孔深m 超前距 1巷道正中1.12000φ70/70 30m 2距左帮 0m1.11840φ70/73 3距右帮 0m1.12160φ70/73 4巷道正中1.2200120＇φ70/71 5巷道正中1.3200330＇φ70/71 6右帮1.2290-130′φ70/35 钻孔 编号 位 置 孔高 （m ） 方位角垂直角 孔径 （mm ） / 孔深m 超前距 1巷道正中1.110630′0φ70/70 30m 2距左帮 0m1.19030′0φ70/73 3距右帮 0m1.112230′0φ70/73 4巷道正中1.210630′120＇φ70/71 5巷道正中1.310630′330＇φ70/71 6右帮1.119630′-130′φ70/35 实际钻探 长度 L （m ） 调整后钻 孔水平偏 角 （ ） 调整后最 外侧钻孔 设计长度 （m ） 实际钻探 长度 L （m ） 调整后钻 孔水平偏 角 （ ） 调整后最 外侧钻孔 设计长度 （m ） 30＜L＜35m34L/cos3455≤L＜60m20L/cos20 35≤L＜40m30L/cos3060≤L＜65m19L/cos19 40≤L＜45m27L/cos2765≤L＜70m17.5L/cos17.5 45≤L＜50m24L/cos2470≤L＜75m16L/cos16 50≤L＜55m22L/cos2275≤L＜80m15L/cos15 153 ChaoXing （上接第 150 页 ） 岩破坏机制及控制研究[J].采矿与安全工程学报,2018,35 （03） 449- 456. 作者简介 张红平 （1974 年 9 月 12 日出生） ， 女， 汉族， 山西霍州市 人。 2000 年毕业于国家开放学校 ， 机械设计制造及其自动 化。 现就职于霍州煤电鑫钜煤机装备制造有限公司计划企管 部， 工程师 ， 研究方向皮带机支架。 （收稿日期 2019- 7- 31） 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 1 ） 环边界探水巷工作面→三采区 6 胶回联络 巷→三采区 7 轨胶联络巷→三采区轨道巷→四采区 轨道巷→西风井井底→地面； 2 ） 环边界探水巷工作面→三采区 6 胶回联络 巷→三采区胶带巷→西翼胶带大巷→西翼猴车大 巷→750 水平轨道大巷→井底候车室→行人斜井→ 地面。 除此之外， 还应采取下列安全措施 1 ） 环边界探水巷探水前， 探放水队全体人员必须 认真学习 探放水安全技术措施 及 探放水设计 ， 了 解该工程的目的、 任务、 施工方法与质量要求。 一台钻 机组人员配备不得少于 3 人， 且需配备一名带班长负 责组织协调现场工作， 探放水人员必须持证上岗。 安全科每班安排一名安全员负责环边界探水巷 探水地点安全检查监督工作； 通风科每班安排一名瓦 斯员负责瓦斯检查工作； 地测科每班安排一名技术员 跟班标定钻孔参数。 2 ） 现场作业人员应按照设计进行施工， 严禁随意 改变施工方法。 3 ） 环边界探水巷探水前施工方应认真清理巷道， 配备与探放水量相适应的排水设备， 必须保证排水设 施、 设备齐全可靠正常使用。 4 ） 环边界探水巷必须在探放水钻孔允许掘进范 围内施工， 探放水孔的超前距、 帮距应符合设计要求。 每次探水时，探放水队应及时悬挂探放水起始点牌 板， 并进行挂锁管理。 5 ） 如果工作面前方存在物探异常区， 要针对异常 区制定专项探放水设计及安全技术措施。 6 ） 如果在钻孔内水压大于 1.5MPa 时， 在施工探 放水钻孔时， 应采取专用的安全措施， 防止压力过大 地下水喷出造成人员和设备的不安全。 7 ） 环边界探水巷应加强出水征兆的观察， 如发现 有围岩出水征兆， 应撤出现场工作人员， 并向煤矿调 度室报告。 8 ） 其余未提及之处严格执行 煤矿安全规程 、 煤矿防治水细则 及公司制定的相关措施和管理规 定。 5结论 本文对大阳煤矿进行了边界探放水设计， 并在探 放水勘探中运用了物探与化探相结合的综合地质探 测方法， 给出了环边界探放水工作施工顺序， 并针对 大阳煤矿环边界探放水的具体地质条件， 提出了相对 应的安全措施。 参考文献 [1] 党乐.浅谈矿井探放水技术实践应用[J].山东煤炭科技, 2017 （10） 158- 160. [2] 侯运炳,何尚森,曹曙雄.瞬变电磁法在某煤矿边界探水的 应用[J].煤炭技术,2017,36 （05） 125- 128. [3] 郝卫青. 钻孔超前探水技术在井下掘进巷道中的应用研 究[J].煤矿现代化,2019 （03） 1- 3. [4] 贾世真.煤矿探水钻孔联合封孔技术研究与应用[J].煤矿 现代化,2019 （02） 62- 63. [5] 唐敏. 井下综掘工作面探放水技术分析及运用 [J]. 煤, 2018,27 （12） 54- 55. [6] 豆旭谦,魏廷双,王力,徐保龙.定向钻进技术在张集煤矿 掩护巷道掘进探放水中的应用 [J]. 煤矿安全,2018,49 （09） 179- 182186. [7] 张利兵.同忻煤矿综合探放水技术体系研究[J].山东煤炭 科技,2018 （08） 168- 170. [8] 阚志涛,邬迪,张幼振,邵俊杰,李旺年.煤矿巷道双臂探放 水钻机[J].煤矿安全,2018,4 （06） 102- 104. 作者简介 杨炳瑞 （1978-） ， 男， 汉族， 山西省泽州县人。2015 年毕 业于东北大学采矿工程专业， 本科。现在山西兰花科技创业 股份有限公司大阳煤矿分公司从事地测防治水管理工作， 工 程师。 （收稿日期 2019- 4- 16） 154 ChaoXing