APP下载

隐蔽灾害治理示范工程建设的可行性分析

2015-04-04李亚斌

山西焦煤科技 2015年2期
关键词:水巷采区瓦斯

李亚斌,于 强

(1.内蒙古利民煤焦有限责任公司,内蒙古 鄂克托旗 016064;2.郑州煤炭工业(集团)有限责任公司告成煤矿,河南 登封 452477)

我国煤炭工业的发展和产业结构调整的不断深化,对煤炭工业集约发展、安全发展、和谐发展提出了更高的要求,煤矿隐蔽灾害防治问题越来越受到关注和重视,2013年国务院办公厅下发《关于进一步加强煤矿安全生产工作的意见》(国办发〔2013〕99号),其中要求强制查明隐蔽致灾因素,未查明的,不得划定矿区范围、不得继续建设和生产。建设隐蔽灾害治理示范矿井不仅对郑煤集团告成矿长远发展和安全生产有着重要的意义,而且以告成矿隐蔽灾害治理为辐射,带动了整个郑州矿区乃至全国类似条件的矿区隐蔽灾害治理技术的进步。

1 工程建设的必要性

1)顶底板水害严重,威胁矿井安全。

煤矿水害是制约我国煤炭生产的重大矿井灾害之一[1],告成矿水文地质条件复杂,根据2012年《矿井水文地质类型报告》有关数据,矿井正常涌水1 315.95 m3/h,最大涌水量2 300 m3/h,矿井建井以来底板含水层突水31次,最大突水量810 m3/h,顶板突水15次,最大突水量1 610 m3/h,顶底板水患严重威胁矿井安全生产。

2)煤层透气性差,瓦斯治理困难。

告成矿所采二1煤层属豫西“三软”煤层,透气性为0.08 m2/MPa2·d,随着矿井开采深度的延伸,煤层瓦斯含量、瓦斯压力逐步升高,开采期间的煤与瓦斯突出危险性日益严重,煤与瓦斯突出强度、矿井瓦斯涌出量显著增加,严重影响和制约煤矿企业的正常生产[2]。在现有的抽放技术条件下,为有效解除工作面的突出危险,矿井往往需要6~8个月,乃至十几个月的时间进行采前预抽,但因瓦斯突出制约着安全生产。

2 安全生产中存在的主要问题

2.1 水害隐患探查手段、疏水措施单一

告成矿顶板水探查主要依据地面钻孔资料和瞬变电磁物探资料,滑动构造导致煤层顶板构造复杂,地面钻孔为点数据,给分析顶板构造带来一定难度。瞬变电磁物探虽然能对顶板富水区进行探测,但对顶板裂隙、构造等情况无法进行有效探测,增加了顶板疏水巷区域治水工程风险。

矿井在水害防治方面缺少有效探测手段和技术装备,物探手段单一,采掘活动附近区域致灾因素辨识度不高,钻探工程施工盲目性大。

2.2 区域瓦斯治理困难

告成矿开采的主要采区中,21采区、23采区、25采区瓦斯含量高,随着矿井开采深度的增加和开采强度的增大,煤与瓦斯突出危险性将日益严重。同时由于所开采二1煤层的瓦斯压力较大、内生裂隙不发育、煤层透气性差、煤质松软、瓦斯含量大、瓦斯放散初速度大、煤的坚固性系数低,无论是采取顶底板岩巷穿层抽采措施,还是采取顺层钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施,都需要较长的预抽期和较大的预抽工程量,生产接替困难。

3 隐蔽致灾工程实施方案

3.1 引进高精度地球物理技术

告成矿目前在底板水治理方面主要以局部措施为主,巷道掘进过程中利用直流电法仪对迎头前方地层的富水情况进行超前探查,结合钻探资料分析迎头前方岩层富水性及前方导水通道发育情况,对富水区进行超前疏放或预注浆加固;采煤工作面底板水治理主要采用直流电法物探探测工作面底板低阻异常区,对低阻异常区进行重点探测加固[3]。

自2007年来,针对煤炭开采安全对地震和非地震勘探成果要求,东方地球物理公司和有关煤矿企业,开展了围绕高精度三维地震勘探和高密度电法勘探的采集、处理和解释、综合评价技术的研究和应用工作,形成了较为配套的勘探技术系列,并在国内多个煤业集团得到成功应用,取得了良好效果,这些研究和成果为该示范工程建设奠定了重要的基础。

通过多物探信息的煤矿富水区及导水裂隙的综合预测技术,结合地震资料和时频电磁资料,综合预测富水区分布范围及导水通道发育情况,应用多地震属性对煤矿瓦斯富集区的探索性预测研究。如瓦斯气岩石物理建模,是通过模型研究瓦斯分布对地球物理响应特征的影响,分析瓦斯气的分布特征,结合构造解释、裂缝预测以及区域煤田地质特征等综合信息,分析影响瓦斯气分布的地质因素。

3.2 布置顶板疏水巷减少工作面涌水

通过分析二1煤层顶板三叠系圈门组下统砂岩含水层分布情况,根据含水层分布情况,在适当地段修建疏水巷道,使巷道与顶板砂岩径流方向垂直或斜交,尽可能切穿顶板滑体砂岩裂隙破碎带,此外,辅以疏水钻孔增加截流面积,以达到最佳的放水效果。通过疏水巷道对工作面顶板砂岩含水层中的水进行袭夺,在人为控制下有目的地放水,把疏水巷道作为井下施工的自然疏放基地;形成以疏水巷道为中心的降落漏斗,达到减少工作面涌水的目的。

结合21采区、25采区瞬变电磁物探资料和顶板三叠系圈门组下段砂岩含水层分布情况,在受三叠系下统圈门组砂岩含水层影响较大的施工顶板疏水巷和疏水钻孔,对区域顶板水进行超前疏放,确保21、25和23采区受顶板水影响工作面在开采前顶板水水位降到安全水位以下。目前,正在施工的有疏放21采区下部和23采区上部顶板水的21采区顶板疏水巷和疏放25001工作面顶板水的25001工作面顶板疏水巷,计划中的有疏放25采区中下部的25采区顶板疏水巷和疏放23采区下部顶板水的23采区顶板疏水巷。

3.3 矿井排水系统扩容改造

随着矿井开采水平向深部延伸,矿井涌水量逐步增加,水害治理难度逐渐加大。根据矿井采掘接替计划,矿井技改的南翼副井与现采掘区域贯通前中央排水系统需承担13采区、25采区、21采区及23下山巷道的涌水量,预计全矿井正常涌水量2 223.6 m3/h,最大涌水量2 479.8 m3/h.现有的中央泵房安装9台MD500-57×7型水泵,在矿井处于最大涌水量时,需启动8台水泵可满足排水要求,但是不能满足《煤矿安全规程》规定的工作水泵、备用水泵、检修水泵之间的系数比关系,需增加4台同型号水泵,而现有中央泵房已无扩容位置,故在主副井底附近增设了一个附属泵房、变电所等,并通过联络巷与主排水阵地连通,利用现有主井底水仓有效容量,提高主排水阵地排水能力。排水系统增容改造工程量共约401 m,同时施工2个孔径d426 mm排水钻孔(760 m)来增设2趟排水管路。另外,对地面变电所进行增容改造,保证排水系统供电安全。改造完成后,附属泵房安装4台MD500-57×7型水泵,预留2台水泵位置,矿井排水能力将完全满足目前和后期安全生产需要。

3.4 地质、瓦斯区域超前探测工程

通过矿井三维及时频电磁物探工程能预测富水区分布范围及导水通道发育情况以及预测瓦斯富集区分析影响瓦斯气分布和构造解释、裂缝预测以及区域煤田地质特征等综合信息。对预测区域开展瓦斯地质区域探测验证,根据物探和探测地质结果,最终实现合理优化顶板疏水巷和穿层瓦斯抽放钻孔设计,同时保证后续的采掘工作面安全措施编制的针对性。

沿计划采掘区域走向(倾斜)条带每30~50 m布置至少2组探测钻孔和瓦斯参数测试钻孔(探测验证水文钻孔和瓦斯参数测试钻孔可共用),探测煤层赋存、地质构造等情况。同时,每30~50 m至少测试1组煤层原始瓦斯含量(有条件可同时测定瓦斯压力参数)。

3.5 利用水力冲孔增透抽采瓦斯

水力冲孔是水力化增透消突措施中的一种,它是在煤层内部通过高压水射流冲出大直径孔洞,再连接抽采管路抽采煤层中的瓦斯,从而达到降低煤层中瓦斯压力,消除突出危险性的目的。

25001工作面为近两年此矿井主力工作面,位于25采区上部,切巷长192 m,煤厚1~10.8 m,平均煤厚6 m,煤层倾角5°~16°,平均倾角10°,实测最大原始瓦斯含量为22.26 m3/t.与工作面上下副巷和切巷间距20 m底板L7-8灰岩中设计有底板抽放巷约2 500 m,工作面主要采用穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施。钻孔间距按6 m×6 m布置,钻孔直径94 mm,孔口间距≥300 mm.钻孔深度为穿透煤层进入煤层顶板≥0.5 m.钻孔控制范围为工作面整个回采区域及停采线外20 m范围。同时,为提高穿层钻孔瓦斯抽采效果,合理选择抽采钻孔和水力冲孔增透卸压钻孔布置方式,增透卸压钻孔使用直径133 mm或94 mm钻头配用三棱钻杆冲孔,单孔泄煤量要求每米煤孔≥1 m3,总泄煤量不得小于钻孔控制块段煤炭储量的10‰,增透卸压钻孔联网进行抽采。从目前25001工作面已回采的0~220 m段抽采达标情况来看,共施工有450个穿层钻孔,泄煤量2 816 t,泄煤率16.7‰,抽放瓦斯54.8万 m3,保证了工作面正常安全生产。

4 预期建设效果

1)矿井5 m以上断层控制达到70%以上,含水层富水性及导水通道探测符合率达到60%以上,瓦斯富集区探测率达到80%以上。

2)通过工作面顶板疏水和底板注浆加固,改善工作环境,杜绝突水事故,矿井正常涌水量由1 315.95 m3/h降至600 m3/h以下。

3)通过区域探测和局部探查,划分煤层瓦斯赋存区域(高瓦斯煤体、突出煤体、高应力煤体),在高瓦斯区施工抽采巷和抽采钻孔进行消突治理。

4)通过实施隐蔽灾害治理工程,改善矿井水文地质条件,减少矿井涌水量,对矿井水害进行综合治理,封堵已有突水点、加固断层带、封闭导水裂隙带。

5 结束语

隐蔽灾害治理示范工程的建设和相关项目的实施,将使告成矿在水害治理及瓦斯治理上彻底改变面貌,杜绝水灾及瓦斯事故,逐渐建立本质安全型矿井,为矿井安全生产和快速发展创造条件。

[1]吴伟征,康莉莉.基于ArcGIS和ECM-AHP的煤层底板突水后果严重度评价研究[J].中州煤炭,2014,1(5):51-54.

[2]吴伟征.查庄煤矿底板突水风险评价研究[D].青岛:山东科技大学,2011.

[3]张文泉.矿井水害预防与治理[M].徐州:中国矿业大学出版社,2007:112-114.

猜你喜欢

水巷采区瓦斯
稠油热采区块冷采降粘技术应用
11采区永久避难硐室控制瓦斯涌出、防止瓦斯积聚和煤层自燃措施
瞬间
水巷幽幽
高瓦斯矿井防治瓦斯异常涌出措施的应用
基于Delphi-TOPSIS法的露天矿采区接续方案优选
煤与瓦斯突出防治技术途径探讨
乌蓬船(外一首)
哈瓦斯与埃及考古学
煤矿采区上、下车场气动推车系统