平煤八矿二水平己组煤带压开采防治水研究.pdf

科技创新 平煤八矿二水平己组煤带压开采防治水研究 杜 波 平煤集团公司八矿, 河南省平顶山市, 467012 摘 要 通过对己组底板岩性和突水成因分析, 提出采用疏水降压和注浆加固等综合防 治水措施,在工程实践中起到了安全生产的实效。 关键词 带压开采 防治水 己组煤 平煤集团八矿近期开采二水平己组煤,由于矿 井开采深度增加, 矿压增大,下伏的强含水层寒武 系灰岩含水层水压也增大。特别是己组煤距寒武系 灰岩含水层垂向距离短,仅为 60 90m, 隔阻高压 岩溶水的能力有限,加之寒武系灰岩水与紧邻的 L7灰岩水水力联系紧密, 有可能联合为害。因此, 通过对己组煤底板含水层灰岩和突水成因分析,采 取了疏水降压和注浆加固等综合防治水措施, 对确 保矿井安全生产至关重要。 1 己组煤开采后围岩应力理论计算 1 1 岩石的自重应力 z n i 1 iMi 式中 z 上覆岩体的自重应力; n 上覆岩层的总分层数; i 第 i 层岩石的天然密度,t/ m3; Mi 第 i 层岩石的垂向厚度,m。 1 2 转嫁应力及其分配 x 3pzx 2 x 2 z 22 式中 x 转嫁应力的水平分量; x 转嫁应力集中作用点的水平距离, m; z 计算点转嫁应力集中作用点的垂直距 离, m; p 采空区上部岩体应力的转嫁应力。 1 3 底板隔水层安全厚度理论计算 H L 2 L 2 8KpP - L 4Kp 式中 H 隔水底板临界厚度,m; L 周期来压前,工作面最大控顶距离, m; P 底板含水层水压, t/ m 2 Kp 底板岩石抗张强度,t/ m2 底板岩石密度, t/ m3。 二水平己组煤开采底板隔水层理论安全厚度如 表 1。 表 1 二水平己组煤开采底板隔水层理论安全厚度 测试 计算 底板岩性 最小厚度 / m 最大厚度 / m 平均厚度 / m 采 面 巷 道 灰 岩12 853 06436 736 泥 岩11 76853 24436 952 灰 岩9 1016 9313 97 泥 岩9 1116 8413 977 由表1数据可知, 无论是对采面系统, 还是 2 矿图扫描成光栅图象的常用格式 jpg 或 tif,扫描分辨率不小于 200dpi。 3 光栅图象矢量化矿图适用于各类矿图,尤 其是内容复杂的不规则矿图。其关键技术是 按坐 标网格调整光栅图象; 定制绘图环境,开发标准图 库;用最佳矢量化解决方案,按内容分类数字化矿 图;合理管理光栅图象。 参考文献 [ 1] 罗卓书等 AutoCAD2002 中文版培训教程 北京 电子工业出版社, 2003 209 213 [ 2] 杨本生等 矿图数字化及其应用 辽宁工程技术大 学学报, 2002, 21 4 [ 3] 林在康等 采矿 CAD 开发及编程技术 江苏徐州 中国矿业大学出版社, 1998 责任编辑 王雅琴 44 中国煤炭第 32 卷第 6 期2006 年 6 月 对巷道底板岩性为石灰岩或是泥岩, 隔水底板的最 小、最大和平均理论安全厚度, 均差别不明显。因 而,可忽略岩性差别, 取最大值。为此, 取隔水底 板的最大理论安全厚度为 53 244m。 2 底板灰岩水对己组煤开采突水性的影响 开采二水平己组煤时, 水害主要来自寒武系灰 岩,寒武系灰岩顶至己17底的整套地层可视为底板 隔水层,该段地层总厚度 70 100m,平均厚度 80 49m,此厚度能够满足安全生产的需要。因此, 如不考虑局部出现极端高矿压的特殊情况,预期可 以带压安全开采二水平己组煤。 3 防治方案 矿井开采初期,矿井充水主要以煤层顶板砂岩 裂隙水和煤层底板灰岩溶蚀裂隙水为主, 目前矿井 充水主要以煤层顶板砂岩裂隙水和老空水充水为 主,而煤层底板灰岩溶蚀裂隙水的威胁程度相对较 低。威胁程度小, 以滴水为主, 不致于发生大的突 水事故,而老空水瞬时水量大, 突发性强,危害程 度大, 因此, 防治老空水是当前矿井防治水工作的 重点。具体措施如下 3 1 岩溶水疏干降压 八矿涌水量具有西翼小、东翼大的特点, 并且 东翼为区域地下水径流的排泄方向, 故疏水降压钻 孔应布置在矿井东翼。由于在矿井投产初期, 在- 275 - 325m 水平的寒武系灰岩强含水层布置和 实施了大量钻孔, 进行疏水降压。灰岩岩溶水位由 - 70m 降至目前的- 300m。降压幅度大,在井田 范围内形成大面积的降压漏斗。 在二水平- 693m 东西大巷中每隔 100 150m 间距布设一些水文地质观测孔, 用以观测矿井深部 寒武系灰岩强含水层的水文地质情况 水位、水 压、水量 。当出现水压较高、水量较大对二水平 己组煤的安全生产有威胁的情况时, 这些观测孔可 作为疏水降压孔。并且,根据观测情况, 可随时布 设和加密疏水降压孔, 以满足安全生产的需要。 3 2 注浆加固己组煤底板 八矿开采己组煤时为带压开采, 主要的矿井充 水水源来自寒武系灰岩和石灰系 L7的灰岩承压岩 溶水, 引起矿井突水的导水通道主要是小型正断层 和构造或采动裂隙。因此, 对巷道或采面揭露的构 造破碎带、裂隙密集带,采掘引起的采动裂隙、破 碎带以及灰岩中的溶隙、溶洞等进行打孔注浆加 固,堵塞导水通道。 3 3 加强探放水 在采掘工程通过或接近断层、裂隙密集带、含 水层和小煤窑、老巷道、老采区前,每隔 50m 进 行打钻探放。钻孔参数孔深 50m, 孔径 50mm, 孔数 4 个, 布置巷道上下左右 4 个方向。钻机采用 MK- ∀型。 3 4 维护和完善防治水设施 为防止一水平的水下泄到二水平,以及一水平 出现最大涌水量时危及二水平, 在二水平和一水平 之间的联络巷道修筑防水闸门。当局部突发大量涌 水时, 切断不同采区间的水流联系。 4 效果分析 4 1 疏水降压 一水平在疏水降压时, 共施工钻孔 157 个,完 成进尺20400m, 平均每个钻孔深度130m。通过疏 水降压,使- 430m 水 平承受的 水压由原来 的 36kg/ cm2降到 17kg/ cm2,水压降低 5278 ;各 工作面承受的水压由 235 30 2kg/ cm 2 减小到 6 5 10kg/ cm 2, 工 作面 水 压 减 少 66 89 72 34;灰岩强含水层的水位由- 70m 降至约- 300m, 在井田范围内形成大面积的降压漏斗。矿 井涌水量稳定在 630m 3 / h, 解除了生产中的水害威 胁。 4 2 注浆加固 己15- 12050 工作面是动水注浆,水量为 10 16m3/ min。突水是由回采放顶引起的, 工作面共 有突水点 3 处, 在 3 个出水点共打 18 个钻孔,对 部分隔水层破碎带均进行了注浆控制。注浆控制 前,水量实测 15 6m3/ min,注浆后在不到 1 年时 间工 作 面 涌 水 量 降 到 13m3/ min,堵 住 水 量 14 3m 3/ min, 堵水率为 98,效果明显。 5 结论 1 二水平开采己组煤时, 采取措施后, 可以 进行带压开采。 2 己17煤层底板到寒武系灰岩顶均约 80m 的 有效隔水层组,可有效隔阻寒武系灰岩水。 3 防治底板灰岩水采用疏水降压、底板注浆 加固和超前探放相结合的综合措施, 可有效地保证 矿井安全生产。 责任编辑 张大鹏 45 平煤八矿二水平己组煤带压开采防治水研究