平禹一矿高承压水工作面带压开采安全技术研究与应用.pdf
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1、平禹一矿高承压水工作面带压开采安全技术研究与应用王 菲(河南平禹煤电有限责任公司一矿,河南 禹州 461670)摘要:矿井处在禹州岩溶水系统最下游的承压自流排泄区,煤层底板太灰和寒灰岩溶发育,富水性和导水性强,对井下采掘巷道的施工造成一定的威胁。为了解决煤层底板岩溶水突水威胁,矿井通过疏水降压和底板注浆加固相结合的综合水害治理技术,利用物探(复探)验证以及计算工作面突水系数的方法,对底板注浆加固的效果进行检验,彻底消除底板岩溶水水害的威胁,使矿井在受底板强岩溶水水害情况下顺利布置采掘巷道,避免因治理措施不当而造成水害事故的发生,确保了井下能够安全生产。关键词:岩溶水;疏水降压;底板注浆加固;物
2、探;钻探验证中图分类号:TD823文献标志码:A文章编号:1009-0797(2023)05-0073-05Research And Application of Mining Safety Technology Under Pressure in HighPressure Water Working Face of Pingyu No.1 MineWANG Fen(1461670,)Abstract:The mine is located in the artesian drainage area at the downstream of the Yuzhou karst water sys
3、tem,and the coal seam floor isdeveloped with too gray and cold gray karst,with strong water yield and water conductivity,which poses a certain threat to the construction ofunderground mining tunnels.In order to solve the threat of karst water inrush from the floor of the coal seam,the mine adopts a
4、comprehensivewater hazard treatment technology combining drainage pressure reduction and floor grouting reinforcement,and uses the method of geophysicalprospecting(re exploration)verification and calculation of the water inrush coefficient of the working face to check the effect of floor groutingrei
5、nforcement,thoroughly eliminate the threat of karst water inrush from the floor,so that the mine can smoothly arrange the mining roadwayunder the condition of strong karst water inrush from the floor,The occurrence of water hazard accidents caused by improper treatmentmeasures is avoided,and the saf
6、e production of underground is ensured.Key words:karst water;drainage depressurization;bottom plate grouting reinforcement;geophysical prospecting;drilling verification1工作面概况二3-15040 工作面位于五采区西翼,北临五采区-143 水平中央泵房保护煤柱,西邻五采区下山专回保护煤柱,南部、东部均为未开采区域;地面标高+135 m,工作面井下标高-295-404 m,其中风巷标高-295-338 m,机巷标高-404-350
7、 m;工作面走向长 910 m(可采走向长 750 m),倾斜长 141 m,煤层倾角 28,煤层厚度 2.0 m,可采储量 39.7 万 t;工作面风、机巷均采用 36U 型钢支护以及锚杆锚网支护;综采工艺回采,采煤方法采用走向长壁后退式,落煤方法为全部垮落法。矿井处在禹州岩溶水系统最下游的承压自流排泄区,煤层底板太灰和寒灰岩溶发育,富水性和导水性强,补给充沛。矿井自投产至今多次发生灰岩承压水突水淹井和淹采区事故,与矿井水文地质条件复杂、水文地质勘探精度不足、防治水水平低和措施不到位等因素有关。所以有必要对矿井采取综合水害治理技术,来确保井下安全生产。2水害综合治理技术研究先进行疏水降压,然
8、后对工作面底板进行注浆加固,通过物探、钻探验证以及第二次物探(复探)的方式并结合采面突水系数的计算,确保工作面底板注浆加固效果,为采面安全回采提供了保障 1-4。3水害综合治理技术实施3.1工作面疏水降压 5-6 3.1.1风巷施工放水孔情况在二3-15040 风巷风加 1 钻场、风 1 钻场、风 2钻场、风 3 钻场、风 4 钻场、风 5 钻场、风 6 钻场、风7 钻场各施工 1 个立孔作为放水孔,放水孔终孔层位为寒灰,目的是降低工作面承受的寒灰水压力,形成降水漏斗。并在风加 1 钻场放水孔安装压力表,作为该工作面寒灰水压观测使用,然后在依此施工各放水孔进行放水,找到该工作面寒灰水压下降的放
9、水量平衡值 300 m3/h,风巷各个钻场的放水孔施工完成后,放水量达到 450 m3/h。在施工放水孔的同时2023 年第 5 期煤矿现代化第 32 卷73在风巷铺设 2 趟直径 327 胶管作为输水管路直接排到-415 泵房。3.1.2工作面机巷施工放水孔情况二3-15040 工作面机巷以施工底板注浆加固孔为主,底板注浆加固孔终孔层位为 L1-3 灰。在施工的底板注浆加固孔中涌水量大的继续钻进到寒灰,前期作为放水孔放水,在完成该工作面底板注浆加固工程以后统一封堵,这样加快了工作面寒灰水压下降的速度。机 1 钻场的 1、3 号孔;机 2 钻场 1、8 号孔;机 3 钻场 2、4 号孔;机 4
10、 钻场 1、9 号孔;机 5 钻场 8 号孔;机巷放水量达到 150 m3/h。在机巷铺设一趟 327 胶管作为输水管路直接排到-415 车场水沟。3.1.3工作面施工放水孔顺序选择情况先施工风巷放水孔以打通地下径流通道进行疏放,这样利于机巷施工放水孔或底板注浆加固孔(为主)时涌水量减小。在采面回采前注浆封孔时先封堵机巷放水孔后封堵风巷放水孔,这样可以保证工作面不存在涌水积水区,风巷封堵后也截断了 L1-3灰上部涌水补给。3.1.4工作面回采后采取的措施二3-15040 工作面开始回采后,为了不影响回采,在距中切眼 300 m 之前对风巷放水孔进行了封堵。为了防止采面寒灰水压回升,选择在该工作
11、面外围施工寒灰放水孔保证放水量不少于 300 m3/h。分别在-415 水平泵房和 15010 机巷联巷施工 12 个放水孔。不仅保证了工作面寒灰水压无回升,而且降低了该区域寒灰水水压,为该区域下一个工作面施工提前打下基础。3.2工作面底板注浆加固 7-8 3.2.1工作面底板注浆加固技术1)注浆加固意义。二3-15040 工作面底板注浆加固设计,重点在于排查加固采面隐伏构造和富水异常地段。后期结合物探资料,对工作面排查出的隐伏构造和富水异常区地段进行有针对性加固,通过对二3-15040 工作面局部富水异常进行加固,即可以增强隔水层抗水压强度,又可以对工作面范围的裂隙进行有效充填,降低突水危险
12、性,为工作面安全回采创造条件。2)注浆加固目的。通过注浆对工作面煤层底板裂隙进行有效充填,增加隔水层厚度,从而改造工作面底板,减弱含水层富水性,降低地下水威胁,增强隔水层抗水压能力。该工作面注浆钻孔落底层位为L1-3灰岩,加固层位为 L1-3灰岩。3)注浆加固层位。由于该区域地层相对较发育,不排除隐伏构造、通道以及富水异常区,因此采用排查加固与异常区重点加固相结合对 L1-3灰岩进行注浆加固改造,确保工作面安全回采。4)注浆钻孔布置。工作面实施风、机巷布置钻孔,钻孔一般沿风、机巷走向交叉注浆加固,目的是排查隐伏构造、通道以及富水异常区,以排查加固和重点加固为原则进行设计,钻孔施工顺序按设计参数
13、表进行施工,若遇地质构造区及富水区,根据施工钻孔情况对钻孔参数进行调整。5)注浆钻孔结束标准。二3-15040 工作面对煤层底板进行重点加固,注浆加固层位重点放在 L1-3灰岩,浆液扩散半径为 20 m;注浆过程中采用分孔、分序次、下行式连续注浆方式,相邻 2 个钻孔不能揭露同一含水层;注浆钻孔终压终量标准为泵量小于40 L/min,注浆压力达到受注点静水压 2.5 倍,时间稳定在 30 min 以上。3.2.2工作面第一次物探情况二3-15040 工作面风巷、机巷施工到位后,平禹煤电公司瓦斯水害工作室于 2015 年 9 月 15 日对该工作面进行瞬变电磁物探,共获得煤层底板下 40、60、
14、80、100 m 顺层切面图,如图 1 所示。图 1二 3-15040 工作面煤层底板下 40m、60m、80m、100m 切面图1)二3-15040 工作面煤层底板下 40 m 切面图分析情况。该层位大致位于 L7 灰岩顶部。图中从外向里依次发现 3 处异常,异常 1 和 2 均分布在风巷2023 年第 5 期煤矿现代化第 32 卷74侧,并通过次级异常有机的联系在一起,2 个异常发育范围分别为 080 m、200700 m,2 处异常均在横向发育范围较广,异常 1、异常 3 异常程度一般。2)工作面煤层底板下 60 m 切面图分析情况。该层位大致位于 L3 灰岩顶部。图中从外向里依次发现4
15、 处异常,异常 1 和 2 均分布在风巷侧,发育范围分别为 0250 m、450680 m,2 处异常均在横向发育范围较广,与-40 m 切面图相比,异常程度较深,范围有所增大。异常 3 发育在 230270 m,发育范围较小,异常程度不明显。异常 4 沿切眼发育,异常程度一般。3)二3-15040 工作面煤层底板下 80 m 切面图分析情况。该层位大致进入寒武系灰岩。图中从外向里依次发现 4 处异常,异常 1 和 2 均分布在风巷侧,发育范围分别为 0260 m,何 280700 m,2 处异常均在横向发育范围较广,与-40 m 和-60 m 切面图相比,异常程度较深,异常范围有所增加,并且
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