综合防治水技术在梧桐庄矿的研究与应用.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ★煤矿安全 ★ 综合防治水技术在梧桐庄矿的研究与应用 刘存玉 峰峰集团梧桐庄矿,河北省邯郸市, 056201 摘 要 通过对梧桐庄矿水文地质条件及出水形式的分析,介绍了梧桐庄矿综合防治水工 作程序。详述了采区准备巷道掘进及异常地段的超前探水、工作面防治水设计、工作面巷道掘 进及异常地段的超前探水、工作面底板综合探测、工作面底板预注浆加固改造、工作面开采安 全性评价及突水抢险预案和工作面回采期间的水文地质观测等防治水方法及取得的效果。 关键词 矿井水治理 防治措施 技术研究 梧桐庄矿 中图分类号 TD744 文献标识码 B Comprehensive mine water prevention and control technology in Wutongzhuang coal mine research and application Liu Cunyu Wutongzhuang coal mine , Fengfeng Group , Handan , Hebei province 056201 , China Abstract Based on an analysis of the hydro - geological conditions and water inflow condi2 tions in Wutongzhuang coal mine , the author presents an account about the mine water preven2 tion and control technology and its processes in use in this mine. The author also elaborates on the s for mine water prevention and control as well as the results achieved in the driving of preparation roadways in the panels and the advanced probing for mine water in some abnormal sections , water prevention designs , face entry driving and advanced water probing in special sec2 tions , comprehensive probing for face floor , pre - grouting in face floor for enhancement , safety in mining assessment and face hydro - geological observations during mining , etc. Key words mine water control , prevention and control measure , technical research , Wu2 tongzhuang coal mine 峰峰集团有限公司梧桐庄矿是一座大型现代化 矿井,设计年生产能力120万t , 2003年10月投 产。梧桐庄矿水文地质条件极为特殊复杂,建井以 来曾发生过多次各种形式的突水,且水温高、水压 大、水量大,水害成为了制约矿井安全生产、高产 高效的主要因素。为治理水害,梧桐庄矿广泛和国 内具有丰富治水经验和较高理论水平的科研单位、 大专院校合作,开展综合防治水技术工作,通过不 断研究和实践,现已初步形成了一套适合梧桐庄矿 特殊水文地质条件的综合防治水程序和方法。 1 梧桐庄矿主要水文地质特点 高矿化度、相对闭塞的井田水文地质环境和导 水构造陷落柱、断层、裂隙形成的高水压、大 通道、大水量的突水威胁以及多变的地层物性特征 使得梧桐庄矿的水文地质条件极为特殊复杂,存在 着以下突水危险。 1底板富水含水层与原生垂向裂隙活化突 水梧桐庄矿井开采深度大,水压高,在高压水头 和矿山压力联合作用下,在开采过程中,如果开采 煤层与下伏富水含水层之间的隔水层厚度及强度不 足以抵抗下伏含水层的压力,在采动影响下存在突 水的可能性。 2揭露导水断层出水。对于2 煤层如果在 导水断层上盘盲目开采,则存在突水的可能性。如 果在采掘过程中不采取超前探测及治理,盲目采掘 也可能造成突水。 3盲目揭露导水陷落柱突水。已确定的1 、 69 中国煤炭第35卷第12期2009年12月 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 3 导水陷落柱,现井下及地面注浆封堵工程均已 完成。因此,如果在采掘过程中不采取超前探测及 治理,盲目采掘,直接揭露导水陷落柱必将造成突 水。 2 矿井防治水总体布局 鉴于梧桐庄矿水文地质条件的特殊复杂性,集 团公司和矿领导先后多次邀请全国各地的煤矿防治 水专家共同研讨梧桐庄矿的防治水工作。矿成立了 防治水领导机构,组建了防治水研究中心和钻机队 等专职防治水队伍;与煤科总院西安分院合作编制 了梧桐庄矿防治水总体规划及2004 - 2010年防 治水方案,并有计划地组织落实。初步形成了一 套适合梧桐庄矿特殊条件的综合防治水程序和方 法。主要内容包括采区综合补充勘探及水文地质 条件评价;采区设计及防治水设计;采区准备巷道 掘进及异常地段的超前探水;工作面设计及防治水 设计;工作面巷道掘进及异常地段的超前探水;工 作面底板综合探测;工作面底板预注浆加固改造; 工作面开采安全性评价及突水抢险预案;工作面回 采期间的水文地质观测;工作面采后总结。 3 综合防治水技术的研究与应用 根据梧桐庄矿的防治水工作程序,采用国内外 先进探测及治理方法、手段,查明矿井水文地质条 件,通过有效的防治水工作,确保矿井安全生产。 311 采用综合探测手段,预防突水事故的发生 查明矿井水文地质条件是进行矿井防治水工作 的先决条件,只有强化矿井、采区及采场的综合水 文地质勘探工作,查明影响矿井开采的水文地质条 件,才能有针对性地采取防治对策。 1采区设计前在地面用综合物探方法查清区 内构造及其导水性,制定详细的采区防治水设计和 措施。 ① 采用地面三维地震物探手段,探明区内落差 5m以上的断层要素,查明区内的陷落柱发育情 况、煤层底板的起伏形态、褶曲构造的发育形态和 奥灰顶面起伏形态及埋深。 ② 利用地面可控源音频大地电磁法、瞬变电磁 法等先进电磁法物探手段,进行采区综合水文物探 工作,确定断层、陷落柱的含导水性及含 导水深度和范围。 ③ 与煤炭科学总院西安分院和北京飞博思能源 技术服务有限公司合作,不仅对重点采区的三维地 震资料进行了精细解释,而且对危害性较大的陷落 柱及常规解释难以反映出来的小构造及裂隙发育带 也做出了进一步精确解释。 2采用物探加钻探的方法探查导水构造。在 巷道掘进过程中接近地面物探确定的可疑导水异常 区时,要停止掘进,采用先进的物探手段井下瞬 变电磁法、井下直流电法进行超前探测。对探测 到的异常区再进行钻探验证,从而制定相应的防突 水措施。 3工作面回采前的底板综合探测。每个工作 面贯通后均在井下采用物探井下瞬变电磁法、高 密度电法、音频电透视法和钻探等综合水文地质 勘探方法,进一步查清采面内的水文地质条件。 ① 对工作面上下巷道底板及切眼进行高密度直 流电法探测,探明巷道底板下深度80 m范围内的 底板岩层富水情况。 ② 对工作面内部及外侧70 m范围、煤层底板 下70 m深度内进行井下瞬变电磁法探测,探明该 范围内含导水构造及含水裂隙带的分布。 ③ 利用矿井音频电透视法对工作面范围内底板 进行探测。探明煤层底板下50 m、80 m深度主要 含水层富水区段及含水裂隙带的位置、分布范围、 富水性强弱。 ④ 对三种物探资料进行综合分析,并用钻探手 段对物探结果进行验证,制定综合治理措施。 4建立并完善矿井水文地质观测网。在井上 下逐步施工水文地质钻孔,建立矿井水文地质动态 监测系统。分区、分工作面、分含水层进行放水试 验,逐步查明井田内各含水层之间的水力联系,找 出水温、水位异常区段,在采掘过程中有针对性地 制定相应的防突水技术措施。 312 采用疏、堵结合对水害分类治理 1对导水陷落柱的治理。对综合勘探探明的 威胁矿井安全的导水陷落柱,根据其发育高度、层 位和范围编制详细的施工设计。采用井上、下相结 合注浆封堵的方法进行治理。对导水陷落柱不仅将 奥灰顶面以上的陷落柱内部彻底注浆充填,而且应 在此基础上将陷落柱的根底,即奥灰含水层的顶部 在一定范围内进行彻底充填,以达到使其彻底不含 水、不导水为目的,消除其给矿井生产造成的危 害。如2004年元月结束的梧桐庄矿1 导水陷落柱 注浆封堵工程,使矿井涌水量由1215 m3/ min减 79 综合防治水技术在梧桐庄矿的研究与应用 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 少至415 m3/ min ,极大地改善了矿井的水文地质 条件,对工作面的安全开采提供了强有力的保证。 2对含导水断层的治理。综合勘探查明 的威胁矿井安全的含导水断层,应采用井下钻探注 浆封堵或留设防水煤柱的方法进行治理。对含 导水断层主要采取井下钻探注浆封堵或留设防 水煤柱的方法进行治理,即对导水断层根据防探水 规程留足防水煤柱,圈定探水范围,在巷道掘进至 探水警戒线时,先在井下用钻探方法对断层带含导 水性做进一步验证,然后根据验证情况对断层带实 施注浆封堵。 3工作面底板预注浆和局部疏放水。梧桐庄 矿从182104工作面开始,在工作面采掘前采用底 板预注浆加固改造和局部疏放水的方法进行工作面 综合防治水工作。根据实际情况对钻孔布置、注浆 材料、浆液配比、注浆压力等作出明确规定。注浆 后强含水层段变为弱含水层段,甚至隔水层段,再 结合工作面附近小范围的局部疏放水,从而避免工 作面回采期间的底板突水。通过不断探索总结及对 底板预注浆加固技术工艺不断优化,采取对断层附 近重点加固,将加固目的层延深到山伏青含水层, 尤其是2005年梧桐庄矿建成了地面注浆系统,极 大地提高了单孔注浆量,工作面底板预注浆加固改 造效果明显增强。 4巷道掘进过程中的疏水降压。根据各含水 层的水位观测资料,在巷道掘进过程中对影响生产 的底板含水层采取井下钻孔疏水降压,将影响煤层 开采的底板含水层水压降至安全水头值以下,以避 免底板在掘进过程中出水。 5对部分勘探期间封孔质量差的钻孔,采掘 至钻孔附近时,应超前逐个核对,对有出水威胁的 钻孔要重新封孔。 313 增建矿井潜水泵房 为增加矿井排水能力,梧桐庄矿增建了潜水泵 排水系统,使矿井排水能力达到90 m3/ min ,保证 当遭遇突水灾害时有足够的排水能力。 314 其他防突水措施 1在设计和回采过程中,加强采场应力对工 作面底板破坏的观测研究,合理优化工作面参数, 最大限度地减少采场应力对工作面底板的破坏。 2加强矿井排水系统的设备维护及水仓清 理,各工种严格按操作规程作业,确保设备运转状 态良好。 3对井下职工进行矿井地质及水文地质工作 的技术业务培训,使其在采掘过程中能及时发现异 常情况,并能做出判断,必要时迅速向矿调度室汇 报并采取相应措施。技术人员接到汇报后及时进行 调查分析,为领导决策拿出技术方案,以便采取相 应措施。 4矿井地质及水文地质技术人员随时根据采 掘工程揭露的小构造及地质、水文地质变化进行综 合分析,对将要揭露的水文地质情况超前预测预 报,以便提前采取相应措施。 5在矿井年度灾害预防处理计划中,根据矿 井井下采区安排对生产中可能出现突水事故的处理 程序作出详细明确的规定,包括灾情汇报、现场处 理、地质及水文地质调查、突水治理、撤人路线、 排水系统运转维护等。在采掘工作面的后路巷道的 低洼处安装大于采掘工作面预计涌水量的排水设 备。在编制季度防探水计划时,要根据采掘生产计 划,分析预测掘进、回采前方可能遇到的影响矿井 安全生产的水文地质因素,制定相应的探测、治理 方案,并组织实施。同时,在采掘作业规程中根据 井下采区实际情况制定周密详细的防突水措施。 梧桐庄矿从解决采煤的源头出发,研究控制煤矿 突水并摸索矿井防治水工作程序,从而利用综合防治 水技术与方法开展工作,不断研究总结,努力提高防 治水水平,确保了矿井的安全生产和高产高效。 作者简介刘存玉1964 - , 1989年毕业于山西矿 业学院采矿工程专业,中国矿业大学北京在职研究生, 现任冀中能源峰峰集团梧桐庄矿总工程师。 责任编辑 张毅玲 山西省2010年煤炭产量将控制在7亿t以内 随着国内经济的企稳回升, 2010年我国煤炭 市场将呈现供需增长平缓、供求基本平衡、价格基 本平稳的运行态势。山西省煤炭工业厅负责人在分 析2010年煤炭市场形势时表示,综合考虑供需市 场发展趋势,山西省2010年煤炭产量将控制在 617～7亿t ,确保比2009年增长8 ,力争增长 10 ;铁路外运量力争达到4亿t ,比2009年增长 5000万t。 89 中国煤炭第35卷第12期2009年12月