综合防治水技术的研究与应用

张文瑞

摘要:综合防治水技术的研究与利用对改善煤矿安全生产,缓解接替压力等具有重要的现实意义。本文根据朝川矿一井己16-17-21090上跨面掘进工作面的地质条件,针对防治水的应用技术进行论述,对今后的防治水技术有重要的参考价值。

关键词:承压水综合防治物探钻探探放技术

0 引言

朝川矿一井所采己16-17煤层,为一北低南高单斜构造,采煤工作面沿走向平行布置,普遍采用沿空送巷掘进技术。己16-17-21090上跨面位于一井一水平己一采区二水平暗主、副斜井以东,第五勘探线以西,在己16-17-21050工作面以北,己16-17-21090 工作面以南。工作面处于-147标高至-228标高之间,设计储量27.1万吨。该上跨面设计从己16-17-21090风巷F20点处沿风巷方位向东施工67m,以方位176o施工上跨面切眼107m,然后以方位264o施工420m(与己16-17-21050机巷净间距5m),变向以方位296o施工209m与己16-17-21090风巷F9点东36m处贯通。该面北部与其相邻的己16-17-21050工作面于2007年5月开始回采,在掘进和回采期间底板均有渗水现象,特别是回采顶板垮落后顶板砂岩水和上部采空区积水将汇聚到该面最低位置,且该面下部有一个回采时的环形水仓。根据相关资料分析,上跨面以北全部为采空积水区。严重威胁上跨面掘进期间安全。己16-17-21090上跨面施工期间采用综合防治水技术,保证了的掘进安全快速掘进及基本解除了上跨面回采水害威胁,为采掘正常接替赢得了宝贵时间。为今后朝川矿一井在老空区周围的安全掘进提供了方法,为深部厚煤层采面合理设计和安全掘进提供了可靠的依据、积累了宝贵的经验

1 工程概况

朝川矿一井己16-17-21090工作面附近简略地质情况为:巷道位于己16-17煤层中,煤层底板距L2灰岩约为10m、距寒灰约为50m。L2灰岩平均厚度约为12m。地层总体倾向约为345°、倾角约为20°。煤层底板石炭系岩溶水和己16-17-21090工作面采掘造成的老空积水区是此次探水的重要疑点。为防止地板承压水和己16-17-21050工作面老空对己16-17-21090工作面施工造成威胁,确保施工期间的安全,依据《煤矿安全规程》和《煤矿防治水工作条例》的规定,必须在解除水患威胁后方可正常掘进的原则。

2 综合防治水技术

2.1 方案设计:

2.1.1 瞬变电磁勘探 确定异常区域 查明一井21090工作面掘进头前方及掘进头附近100米范围内是否存在底板承压的威胁。

2.1.2 钻探 求证 落实 在物探的基础上确定的低阻区(可能有水区)进行钻探核实排查,使可能有的水体及水体的一切特性和区域得到肯定。

2.1.3 短探短掘 在过勘探区后,掘进过程中采取的防治水措施

2.2 概述 变电磁法既物探是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场,在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场,从而探测介质电阻率的一种方法。根据瞬变电磁勘探视电阻率断面图,观测地层相对高、低阻电性分布情况,结合区域水文地质资料,判断探测范围内岩层的赋、导水性及其分布情况等。但是瞬变电磁勘探盲区约为15m。以视电阻率值小于2的区域为相对低阻异常区。物探时探测现场附近金属物较多,对物探结果存在一定影响。钻探是利用煤安型钻机向岩体和水体有效实地钻探的一种方法。目的性比较强,效果比较明显,且容易控制是一种比较经济有效实地钻探的一种方法。但比较盲目。必须确定方向和坡度。局限性较大。如果将物探,钻探结合起来物探结论,对不确定区域又进行了实地钻探,弥补了物探的盲区和不确定区域的排查又发挥钻探目的性比较强,效果比较明显其特点,确实的做到物探和钻探的优势互补合理准确利用的原则。

2.3 探放水位置 己16-17-21090上跨工作面施工到低阻异常区20m时停止施工,沿现有巷道做探放水硐室并在适当位置开掘一容量不小于50m3的水仓。

2.4 钻孔设计 己16-17-21090上跨工作面在巷道的迎头探放水硐室内以低阻区方位布置钻孔二组一次打透低阻区或超过5-10米为原则,每组三个孔,其中1-1#孔为主孔,终孔垂距1.5m,设计孔深50m,压力0.4 Mpa,终孔直径φ56mm,并根据钻孔揭露情况,后期将钻孔涮大增加放水量,放水采用可控制放水。预计单孔无控制最大放水量11.85m3/h,平均放水量5.33m3/h,其中己16-17-21090上跨风巷水仓100m3,基本解除积水区对己16-17-21050机巷的威胁。但在实际探放水工作中己16-17-21090上跨风巷均受到50机巷老空水的威胁。通过探放水后,基本解除已16-17-21090工作面机巷施工期间的水害威胁。但在具体施工过程中,还应坚持短探短掘的原则预防残余积水对施工安全的威胁。

2.5 单孔设计 ①各孔均布置在己16-17煤层中,开孔孔径选用φ110mm的钻头钻进,钻进6.2m时,停止钻进下入φ89mm套管6m,进行注浆固管。②下套管时要逐节缓慢推进孔内,最后一节缠上干海带,最外层缠上干布,捆扎好,小心推入孔内。③孔口管全部推进后,孔口管至海带段用水泥砂浆全部充填,并预留一通气孔。④孔口处水泥浆凝固后,开始注浆,注浆压力不小于0.05Mpa,凝固48小时后,用φ56mm钻头扫孔,扫孔深度不少于6.2m,钻孔扫至预定位置时,在孔口管上加装闸阀、防喷装置、压力表,进行试压,试压压力不小于0.05Mpa,稳定试压时间不少于30分钟,必须达到钻孔及钻场周围无出水,无渗漏,否则重新注浆,直至合格。

3 施工技术要求

3.1 钻场施工 风巷施工至距原己16-17-21090工作面水仓50m间根据现场煤层完好情况是否符合探放水要求,确定具体探放水位置及参数。探放水钻场必须保证钻孔施工方向煤壁完好无空顶、空帮现象,硐室和巷道迎头用木柱板皮加固,探放水钻场巷道迎头后退10m范围内对两帮也同时进行加固。

3.2 钻孔施工

3.2.2 施工人员必须熟悉本次钻探任务,严格按《煤矿安全规程》、《矿井水文地质规程》和《煤矿防治水工作条例》及安全技术措施施工。

3.2.2 探放水前在距探放水位置近且最底处的适当位置,开掘容量不小于50m3的水仓,配备排水能力不小于50m3/h的水泵两台,及相应的排水设备和排水管路,探放水前必须对防排水系统进行试运转,探放水期间确保排水设备完好正常使用。

3.2.3 施工人员必须严格按设计要求施工,未经批准不得擅自改变原设计。

3.2.4 探放水钻孔必须布置在煤壁完整可靠的位置,并根据钻机性能尽可能将钻孔靠巷道下部布置,以增加钻孔距采空区之间煤壁厚度,探放水前必须加固钻场周围的巷道和排水泵窝,及时清理巷道内的浮渣。防止发生钻孔和排水系统漏水,形成煤水混合体,威胁钻场施工人员安全。

3.2.5 扫孔试压及开钻前必须确认排水管路完善,排水设备运转可靠。经矿有关部门进行联合验收。确保不对钻场及钻场以外的任何区域构成水害威胁后,方可进行探放水。

3.2.6 为保证本次探放水的顺利进行,施工单位必须认真编写施工组织设计和安全技术措施,并认真贯彻执行。让所有参加本次探放水的所有人员认真学习安全技术措施,明确探放水各项安全技术要求。使所有参加施工人员熟悉避灾路线。

3.2.7 加强与相关科室的业务技术联系,每次施工钻孔前根据工程揭露情况,由测量人员现场实测计算各项数据,对设计参数进行调整,根据计算结果现场标定钻孔倾角及方位,施工过程中如遇异常情况及时停止钻进采取措施。

3.2.8 每次开钻前,必须对闸阀、防喷等孔口装置进行检查,确认合格后方可钻进。

3.2.9 钻进施工中要设专人作好技术资料的收集记录工作,并随时观察钻孔有无异常现象,防排水设备是否完好。确保钻透采空积水区出水时能实现有控制放水,钻透采空积水区必须在8点班进行。

3.2.10 探放水期间必须制订防有害气体溢出的安全技术措施和现场管理办法并按要求严格执行。

3.2.11 安装防排水设备时要充分考虑风流方向对防排水设备的影响,确保安全施工。

4 防治水安全技术措施

4.1 在过勘探探水位置后,必须先探后掘(短探短掘),探5m掘一米,由上向下每隔3m打一组探眼,勘探孔位置处每1m打一组探眼,(探眼位置为上、中、下呈扇形布置),每组3个,眼深5m,以解除50采面水仓对工作面的威胁。

4.2 施工中一旦发现有透水预兆时,必须停止作业,查出原因采取有效措施进行处理,防止事故扩大,同时要通知受威胁地点人员撤退,并报告调度室。透水预兆有挂红、挂汗、空气变冷,出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、有臭味等。

4.3 做好排水工作,在机巷水仓安设水泵和排水管路,保证足够的排水能力。要求水泵一台工作,一台备用。铺设一趟直径为4寸的排水管路。

5 预防瓦斯安全技术措施

5.1 瓦斯检查员每班对气体检查次数不少于2次,还必须在勘探孔处挂瓦斯牌板,检查后必须认真填写,发现异常时必须及时向跟班工长和调度室汇报,采取措施进行处理。

5.2 工作面回风流中瓦斯浓度超过0.8%或二氧化碳浓度超过0.8%时,必须停止工作,撤出人员,采取措施进行处理。

5.3 工作面风流中瓦斯浓度达到0.8%时,必须停止用电钻打眼;爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到0.8%时,严禁爆破。每次爆破必须严格执行一炮三检和三人连锁爆破制度。

5.4 勘探孔处体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到0.8%时,附近20m内必须停止工作,撤出人员进行处理。

5.5 跟班工长必须在水仓处悬挂瓦斯便携仪,挂便携位置:距顶不大于0.3m,距帮不小于0.2m,随时检查该处的瓦斯浓度情况,发现问题及时处理。

6 顶板管理安全技术措施

①机巷钻探期间各项施工技术要求必须符合规程要求。②过勘探孔段及上下两侧各打台棚。③工作面杜绝空帮空顶现象,出现空帮空顶现象时,用坑木背实或绞架抓帮接顶,采煤后及时封闭煤帮。④支柱不迎山等现象。⑤严格控制顶板。⑥跟班工长、班组长、验收员必须把该处作为管理重点,确保时刻有人现场把关。

7 结束语

己16-17-21090上跨工作面综合防治水技术增大安全的砝码、节约了人力,物力的投入。成果显著。确保己16-17-21090上跨工作面的安全生产。节约了时间,有目的、有计划的进行探放水,是己16-17-21090上跨工作面顺利掘进作出来巨大贡献。