底板疏水降壓水害防治技術應用 貢獻者用於

2023-02-15 18:36:03 字數 5129 閱讀 5286

底板疏水降壓水害防治技術應用

登電集團新玉煤礦

二0一0年十一月十日

底板疏水降壓水害防治技術應用

一、 導言

水害是影響我礦安全生產過程中的主要災害之一。當前,水害治理已成為困擾礦井向安全、高產、高效發展刻不容緩的頭等大事。自2023年下山二採區22041採面底板突水後,我礦採取各種積極防治水方法,在實踐中探索出了一條分割槽分段,逐塊分析,因地制宜,「疏放結合」「物探、鑽探結合」的礦井防治水方法,針對不同的水文地質問題,因地制宜制定不同的防治水方案。

二、礦井基本情況

登電集團新玉煤礦位於登封市告成鎮王家門村,礦區位於登封煤田、箕山井田內,井田面積10.8674km2,開採二1煤層。設計生產能力30萬噸/年,開採標高-160m~-250m,礦井地質儲量2612萬噸,可採儲量1575.

16萬噸。採用雙斜井——立井聯合開拓方式,單水平上下山開採,**分列抽出式通風。

三、井田地質概況

新玉井田南北邊界被斷層切割,中間煤田下沉,井田總體為一向斜構造。井田內無小煤窯侵入,屬未開發的原始煤田,為獨立塊段,周圍井田邊界均為自然斷層為界。開採二疊系山西組二1煤。

四、斷層構造

徐莊斷層,位於井田南部邊界,該斷層總體走向為ew-ne,傾向n-nw,傾角50°,區域內延長1.05km。西北盤下降,東南盤上公升,斷距500~1000m,礦區a~b′地質剖面,穿過徐莊斷層和申家門斷層。

在a~b′地質剖面上徐莊斷層斷距275m,二1煤直接和對盤的寒武灰岩對接,如果採掘觸及該斷層會誘發大量寒武灰岩水湧出,危及礦井安全生產。

北部邊界申家門斷層,斷層走向ew-ne,傾向se,傾角45°左右,s和se盤下降,n和nw盤上公升,斷距150~250m,為自然邊界斷層。

五、水文地質特徵

1.主要含水層

①∈3ch和o2m白雲質灰岩、灰岩岩溶承壓水含水層。古剝蝕面發育,其中古岩溶發育,富水性強。鑽孔單位湧水量0.

00479~18.17l/s·m。據統計,本含水層距二1煤層50~60m,是二1煤層底板較富水的間接充水含水層。

②c2t下段灰岩岩溶承壓水含水層。由l1-4四層灰岩組成,岩性為深灰色含燧石團塊灰岩,岩溶發育,透水性強,富水性不均勻。單位湧水量0.

347 l/s·m,滲透係數2.8m/d,是二1煤層底板間接充水含水層。

③c2t上段灰岩岩溶承壓水含水層。由l6~l9四層灰岩組成,其中l7、l8灰岩較發育,單位湧水量0.3021 l/s·m,該含水層為二1煤層底板直接充水含水層。

④p1s砂岩孔隙裂隙承壓水含水層。指p1s細、中、粗粒砂岩,岩性為灰白色長石石英砂巖,鈣質膠結,孔隙裂隙發育,含水較豐富,單位湧水量0.034 l/s·m,該含水層為二1煤層頂板直接充水岩層。

⑤p1x、p2s砂岩孔隙裂隙承壓水含水層。岩性主要為灰、灰綠色中、粗粒砂岩,單位湧水量0.009l/s·m。對二1煤層開採影響不大。

⑥p2sh砂岩孔隙裂隙承壓(區域性無壓)水含水層。主要指平頂山砂岩,層位穩定,岩性主要為粗、中粒長石石英砂巖,孔隙裂隙及小溶洞發育。該含水層富水性中等且較均勻,因距下部煤層較遠,對採煤影響不大。

⑦q孔隙潛水含水層。第四系上部黃土,下部或底部為砂礫石層,含孔隙潛水,該含水層距下部煤層甚遠,對採煤無影響。

2.主要隔水層

①本溪組鋁質泥岩隔水層。岩性主要為灰白色鋁質泥岩,緻密,隔水效能良好,區域性較薄,可誘發寒武、奧陶系灰岩含水層與太原組下段灰岩含水層之間的水力聯絡。

②太原組中部砂泥岩段隔水層。指l4頂至l7底之間地層。平均20.

37m。岩性主要為砂質泥岩、粉砂岩等。該層位穩定,正常情況下對太原組上、下段灰岩含水層有良好隔水作用。

③二1煤層底板隔水層。主要為泥岩、砂質泥岩和少量的粉砂岩組成,在正常情況下,當沿二1煤掘進時下伏含水層水頭壓力較小時,能起到一定的隔水作用。

④上、下石盒子組細碎屑岩隔水層。指上、下石盒子組中、粗粒砂岩含水層之外的大多數砂質泥岩、泥岩、粉砂岩等。厚度大,一般能有效阻隔其中所夾含水層之間及其含水層與p2sh含水層和二1煤頂板砂岩含水層之間的水力聯絡。

六、疏水降壓的必要性

1.歷次突水事故

1) 主斜井150m處:2023年5月15日掘進遇到王屯斷層出水300 m3/h,打注漿孔將出水堵死。

2) 副斜井180m處:2023年5月21日與主斜井同時出水,湧水量300 m3/h,打注漿孔將出水堵死。兩條斜井遇斷層出水,注漿封堵後無水,順利施工掘進雙千公尺落底。

3) 22041採空區2023年12月31 號出水,工作面推排至30m處,採空區底板湧水量30 m3/h,逐漸增加到600 m3/h,且採空區水流呈散流狀湧出,無固定出水點,水溝底部有乳白色沉澱物。

4) 11091採空區:2023年11月9日出水,二1煤底板出水30 m3/h,後採空區多處出水,湧水量增加到330 m3/h,溝底有乳白色沉澱物。

5) 11091繞巷底板:2023年5月3日11091繞巷底板出水,起初湧水量為30 m3/h,後周圍多處出水,湧水量突然增大650~800 m3/h,水質灰色渾濁狀湧出。

2.突水原因分析

1) 由於礦井屬未開發的全新井田,無論是頂板水或是或是底板水都未得到過疏放,水壓高,是採掘過程中造成突水事故的主要因素之一。由上述歷次突水事故說明:在採掘過程中,只要遇到裂隙和斷層,就會發生突水。

2)根據本區鑽孔資料,二1煤以下至寒武系灰岩頂面有4~5層隔水層,岩性分別為泥岩、粉砂岩、砂質泥岩和鋁土質泥岩,總厚度平均37m,寒武頂面為鋁土質泥岩,厚4~5m,隔水層厚度明顯低於安全臨界值39m的厚度。

3)受斷層影響,井田次生斷層和滑動構造出現頻繁,區內各種地質構造的發育破壞了煤層頂底板的完整性,產生裂隙、破碎帶導水通道。煤層底板隔水層厚度較薄,抗壓強度較小,受採動影響,容易造成突水事故。

4)斷裂構造。多數構造在天然狀態下是阻水的,當井巷工程施工穿過構造時,破壞了斷裂構造天然平衡狀態,在自重力和構造應力的雙重作用下,採動破壞加劇,破壞力加大,使含水層與井巷工程對接、溝通或提供出水通道,就用可能發生湧水。

5)煤層頂底板形成「三帶」(垮落帶、裂隙發育帶和沉降帶)裂隙。埋藏在地下深處的煤層承受上覆岩體的巨大壓力,同時它也產生反作用,兩者處於平衡穩定狀態。煤層開採後,「三帶」將成為礦井充水通道。

底板出現原始導高帶、底板破壞帶、完整岩層帶。在採面區域性地段,由於受構造影響,在地應力作用下,區域性底板隔水層遭到破壞,產生裂隙產生充水通道。

本來二1煤底板隔水層厚度就不夠,採煤後採空區疊加應力的重新分布更降低了底板抗壓能力,造成底板出水是必然的.

七、方案確定

1.歷次工程實施分析

1)22041工作面注漿堵水:2023年12月31號,位於井底-160m水平軌道大巷南下部的22041工作面(h:-179.

8m)在正常推排回採30m時,採空區底鼓裂隙出水,湧水量由30m3/h突然增加到600m3/h,採空區水呈散流狀湧出,無固定出水點,渾水逐漸變清,水溝底有乳白色沉澱物,為奧陶-寒武系灰岩水,造成兩條下山巷道及兩個採煤工作面被淹。

治理措施:向出水點採空區頂板上方送巷道布置鑽場,共打6個鑽孔,平均孔深120m,終孔在煤層底板以上80m,寒武系灰岩中,向孔內注入水泥累計2560噸,出水點全部被封堵,湧水消失,堵水效果100﹪。

2)11091工作面堵水:2023年11月9日,位於礦井東翼-160m水平以上,11091上山採煤工作面(h:-126~-140m),在正常回採過程中,採空區多出底板裂縫出水,湧水量30m3/h增加到330m3/h,最終穩定在240 m3/h左右,造成工作面停產,東翼進、回風巷被淹。

治理措施:從11091繞巷沿煤層底板向工作面中間送巷道布置鑽場,鑽場距採面20m,共打10個鑽孔,平均孔深112m,終孔在煤層底板以下80m處寒灰中。累計向孔內注入水泥2200噸,因底板裂縫大,水壓達到3.

0mpa,未能把湧水全部堵住,截止2023年3月份,該工作面採空區湧水量還有70m3/h,堵水效果不足30﹪。

3)自然疏水降壓,湧水量逐漸變小。2023年5月3日,礦井東翼-160m水平以上,11091工作面繞巷煤壁發生斷續性出水,與此同時,11081工作面及11091工作面也發生兩次斷續性大出水,湧水量由初始的30m3/h迅速增加到800m3/h,由於突水量過大,在短時間造成東翼進、回風巷道,11081、11101、11091採煤工作面全部被淹。

治理措施:面對這樣的大量湧水,無法進行注漿堵水,研究決定:自然疏水降壓。

當時礦井排水負荷大幅度上公升,在排水裝置難以承擔時,果斷採取臨時補救措施,將部分湧水引入西部軌道下山巷道。幾天後湧水量基本穩定在250 m3/h左右,排水系統可以負擔時,又將引入下山巷道的流水直接引入水倉。經過近兩年的自然疏水降壓,現在水量基本穩定在110 m3/h左右。

通過對下山04採面和東翼09採面突水原因分析:採用注漿封堵和煤層底板加固措施防治底板水技術效果不明顯,且有迫使底板水在採動影響和礦壓的雙重作用下,形成新的導水通道。

2.方案確定

根據《煤礦防治水規定》:「防治水工作應當堅持**預報、有疑必探、先探後掘、先治後採的原則,採取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施」的規定。結合礦井實際,確定物探先行,鑽探驗證,疏、放結合的礦井防治水方案。

八、方案實施

1.對富水疑問區利用瞬變電磁物探,根據物探報告進行鑽探驗證。

2.布置鑽場和安裝配套設施

疏水降壓方案確定後需要施工打鑽孔疏水降壓,由於採煤工作面運輸巷不具有自然疏水降壓能力,因此需要在近距離巷道內施工具有自然疏水降壓能力的鑽場巷道和配套排水等設施安裝。其主要作用:(1)確保本區域採煤工作面和附近採煤工作面能安全回採;(2)施工鑽孔進行孔疏水降壓,是實施疏水降壓、防治底板突水的主要手段。

3.施工疏水降壓鑽孔進行疏水降壓

礦井東、西翼及22041工作面煤層底板水壓3.5mpa,初始湧水量達400 m3/h左右,利用自然疏水降壓時水壓和水量下降緩慢,為了加快該下山採區的水壓、水量下降幅度,經礦委研究決定對下山採區採取打鑽疏水降壓的同時,在西軌道大巷也打鑽孔進行疏水降壓措施使其具備安全回採的目的:①2023年3月在西大巷軌道下山打成1號寒灰放水鑽孔,鑽孔俯傾角-65°,終孔153.

3m,進入寒武灰岩之中,湧水量300m3/h,水壓3.5mpa。現在水壓2.

8mpa,湧水量80m3/h左右;②2023年4月12日,在軌道下山打成2號寒灰放水鑽孔,鑽孔俯傾角-78°,孔深125.5m,湧水量50m3/h,水壓3.5mpa。

現在湧水量只有3m3/h左右;③2023年5月2日在西軌道大巷-160m水平打成乙個寒灰放水鑽孔,鑽孔傾角-90°,終孔186m,湧水量79 m3/h,水壓3.0mpa,現在水壓2.6 mpa,湧水量40 m3/h;④2023年6月、7月對下山2號疏水孔透孔措施效果不明顯的情況下,重新布置鑽場打鑽施工,解放22031上採面底板水威脅;同時,對22041採面下部的22051採面、22061採面底板水進行疏水降壓,為其安全回採奠定基礎。

水害防治技術管理制

1 委託有資質單位對我礦及周邊礦井水文地質情況進行實地調查,編制水文地質報告,對井田範圍內的地形地貌 地質構造 水文地質條件進行詳細說明,為防治水工作提供依據。2 加強水文地質資料的收集,編制礦井水文地質圖,正確指導礦井安全生產。3 了解並掌握礦井礦井井田範圍內地面河流 水庫 水池 水井 機井 泉點...

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