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底分层工作面防治水治理技术标准研究

2019-10-21王志光郭小科

科学导报·学术 2019年33期
关键词:技术标准

王志光 郭小科

摘  要:我矿水文地质条件复杂,受承压含水层影响严重,因开采条件限制,开采底分层成为缓解矿井接替的唯一方法,在构造复杂区域底分层工作面如何有效开展防治水工作,确保工作面安全回采,特制定本底分层防治水技术标准。

关键词:底分层;防治水;技术标准

一、底分层工作面概况

我矿首个底分层工作面位于盘区东部,标高-546.6~-619.5m,工作面上顺槽长2110m,下顺槽长2145m,宽140m。

工作面切眼东南约115~144m为F18断层(H=730m),对盘新生界地层与本盘含水层对接。根据精细三维地震资料显示,切眼以南地质条件复杂,多条断层交错发育。

二、水文地質情况分析

据矿井生产过程中实际揭露的水文地质资料,矿井受承压含水层影响,自下而上叙述为:O2灰岩含水层,厚度大于400m,该含水层顶距二1煤层底约128.4 m,正常情况不影响煤层开采,断裂沟通情况下对矿井威胁大;L2灰岩含水层,平均厚度12.42m,岩溶裂隙发育,属强富水性含水层,上距二1煤层平均93m。在地层完整区域不会对工作面回采造成影响,但在构造破碎带需对该含水层进行注浆加固;L8灰岩含水层,平均厚度8.77m,为二1煤层主要充水含水层,上距二1煤层平均27.58m。由于工作面内二1煤层与L8灰岩含水层之间隔水层较薄,L8灰岩水突水系数大于突水临界值0.1 MPa/m,存在突水威胁。

三、顶分层工作面治理情况

工作面底板注浆加固深度为二1煤层底板下85m,完成情况如下:顶分层工作面布置钻场42个,施工钻孔504个,累计钻进进尺82530m,钻孔总出水量为2495.44m3/h,累计注水泥干料10194.39t,粘土干料7892.69t。

四、底分层水害治理工程技术标准

(一)钻场布置原则

1.在顶板较为完整,支护牢固可靠,能保证施工人员的安全,远离老空、老巷、断层带;

2.能满足按设计注浆孔的方位、倾角施工的要求;

3.钻场内设置泵坑,能保证正常排水,自然扩散通风。

(二)钻孔布置原则

1.以顶分层工作面水文情况为依据,对工作面以外30m范围内进行底板全面注浆加固。单孔出水量不超10m3/h,将不再增加检验钻孔,如钻孔出水量较大,则补加钻孔进行二次验证。

2.对顶分层工作面底板进行布孔验证,对富水区及断层附近施工3~5个效果检验钻孔,如钻孔出水量大于10m3/h,需进行再次补孔验证。

3.底分层施工总钻孔数量不能低于顶分层总钻孔数量的三分之一。

(三)钻孔深度确定

根据矿井以往实际钻孔揭露资料显示,在二1煤底板下垂距约85m有一层中粒砂岩,成分以石英为主,分选性较差,富水性较强,是L2灰岩向L8灰岩充水的间接充水含水层。结合矿井以往工作面底板注浆加固及改造含水层工程实际情况分析,该中粒砂岩含水层注浆及改造后,有效降低L2灰岩含水层突水威胁。

(四)设计终孔注浆压力

根据要求,钻孔终孔注浆压力应达到水压的1.5~2.0倍,即:(1.5~2.0)×6.4MPa=9.6~12.8MPa。本工作面注浆孔设计终孔压力规定为15MPa。

(五)钻孔施工顺序

1.单个钻场钻孔施工顺序

工作面钻场包括正注浆的钻孔在内,允许同时施工的钻孔个数最多为3个,同时注浆的钻孔最多为2个。而且施工时必须先施工完奇(偶)数孔再开偶(奇)数孔。

2.相邻钻场钻孔施工顺序

若相邻钻场不是同时施工的,则必须根据正施工钻孔来确定相邻新钻场开孔孔号,原则上两个钻场同时施工的钻孔终孔位置相距不得小于60m,避免两钻孔出现对打或近对打,从而导致互相窜浆、浆液挤压致使蹋孔、废孔的现象发生。

(六)注浆材料及参数选取

以粘土水泥混合浆为主,同时根据钻孔实际揭露水文地质情况可适当增加少量辅料,提高注浆效果。

1.粘土:是粘土水泥浆的主剂,通常占干料的80%左右,粘土的塑性指数为7~15。

2.水泥:对凝胶体起结构成形作用,通常地面采用P·O 42.5和井下采用P·C·S32.5水泥,占浆液干料的10~30%,一般20%左右。

3.辅料:是裂隙充填物质,阻止粘土水泥从注浆孔附近的突水点泄露,一般用锯沫、海带丝或大豆等,使用量根据浆液泄露情况而定,一般泄露量大于注入量的20%时可以用辅料。

4.浆液参数:注浆参数的选择视单孔涌水量及岩溶发育程度而定。粘土浆比重1.10~1.18,含砂率小于5%;粘土水泥浆的粘度为25~40Pa.s,比重1.12~1.18,一般是先稀后稠再稀。

(七)结束标准

1.单孔标准

①要求所有底板加固钻孔复孔次数不少于1次,且满足复孔水量小于0.5m3/h。

②设计注浆终压为15MPa,井下注浆压力达到设计要求,泵量为34L/min,并稳压30min以上,可结束注浆。

2.工程结束标准

①钻孔多次注浆后,最后复孔水量小于10m3/h,且压水至15MPa。

②钻孔封孔使用P·O 42.5R的普通硅酸盐水泥浆纯水泥浆,水灰重量比1:1.48(比重1.65t/m3),以返浆封孔的方式进行封孔,所有钻孔均要求封闭严实。

五、我矿底分层工作面防治水工程实践

(一)按标准对工作面进行设计

以顶分层工作面切眼水文情况为依据,对底分层工作面切眼以外50m范围内进行底板全面注浆加固,平均每个钻场7~8个钻孔。单孔出水量不超10m3/h,将不再增加检验钻孔,如钻孔出水量较大,则补加钻孔进行二次验证。对底分层工作面采空区底板进行布孔验证,1~8钻场平均每个钻场布置2~5个效果检验钻孔,富水区附近及断层附近钻场施工3~5个效果检验钻孔,如钻孔出水量大于10m3/h,需进行再次补孔验证。

(二)底分层工作面防治水工程效果

底分层工作面共施工钻孔148个,累计钻进进尺23667m,钻孔总出水量为1017.5m3/h,累计注水泥干料2301.34t,粘土干料4555.91t,总计干料6857.25t。

结语:

受地质及水文地质条件影响,各矿井水害类型及水害条件差别大,请慎重参考。

参考文献

[1]  周振亮.煤矿水文地质勘探现状及新技术应用[J].矿业装备,2019(04):130-131.

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