梅花井煤矿232205工作面运输巷探放水技术
2021-11-28孟永华李立波史春黄辉黄海鹏
孟永华 李立波 史春 黄辉 黄海鹏
摘 要:为提高掘进巷道安全保障能力,以232205工作面运输巷掘进为研究对象,针对顶板含水层涌水给巷道掘进带来的影响,提出布置超前探放水钻孔对含水層进行疏排。依据巷道掘进实际情况,对超前探放水钻孔设计、施工及探放水情况进行分析。现场应用后,232205工作面运输巷掘进期间仅有局部位置出现顶板淋水,淋水量控制在0.3 m3/h以内,其余位置均未出现淋水情况;通过超前探放水,为巷道掘进及围岩支护创造了良好条件。
关键词:巷道;含水层;疏排水;探放水钻孔
中图分类号:TD353文献标识码:A文章编号:1003-5168(2021)14-0071-03
Abstract: In order to improve the safety guarantee ability of tunneling roadway, taking the tunneling of 232205 working face as the research object, in view of the influence of water gushing from the roof aquifer on the tunneling, an advanced exploration and drainage borehole was proposed to drain the aquifer. According to the actual situation of roadway excavation, the design, construction and water exploration and drainage of advanced drilling holes are analyzed. After field application, during the driving of transportation roadway on 232205 working face, only partial roof water drenching occurred, and the water amount was controlled within 0.3m3/h, and no water drenching occurred at other positions. It creates good conditions for roadway excavation and surrounding rock support through advance exploration and drainage.
Keywords: tunnel;aquifer;hydrophobic drainage;drilling hole for water exploration and drainage
1 工程概况
232205工作面为23采区2及2-2煤第三个回采工作面。232205工作面运输巷设计沿45°40′方位掘进,巷道设计走向长2 667 m。掘进区域内区2及2-2煤厚约4.56 m。煤层顶板以粉砂岩为主,底板岩性以细砂岩为主。运输巷采用综掘方式掘进,断面为直墙半圆拱形,掘进面积为21.33 m2,净断面积为19.79 m2。
2 巷道掘进区域水文条件及水害分析
2.1 涌水水源
巷道掘进区域内涌水水源有地表水、顶底板含水层两种[1-2]。
工作面埋深约650 m,对应的地表水主要受大气降水影响,现阶段地表水对232205工作面运输巷基本无影响。
232205工作面运输巷顶板含水层为直罗组粗砂岩含水层,岩性主要为中、粗粒砂岩位置夹少量的粉砂岩和泥岩;底部为含砾石英长石粗砂岩,松散~较松散,弱胶结,含水层涌水量为1.09 L/s,渗透系数K=0.13 m/d。工作面沿掘进方向距顶板含水层层间距为0.00~7.36 m,含水层厚度为18.84~50.32 m。
2及2-2煤厚上覆有粉砂岩直接顶做隔水层,但局部原生裂隙、掘进次生裂隙、掘进中锚杆锚索支护会导致老顶粗砂岩含水层的水导入巷道,造成突水。另外,直接顶泥质粉砂岩遇水泥化~崩解,会造成顶板掉包、漏顶、冒顶,严重影响巷道安全掘进。
2.2 水害分析
巷道在掘进过程中距粗砂岩含水层基本小于5 m,且大部分范围内直接顶为粗砂岩含水层,隔水层厚度较小,含水层富水性较强。为保证安全施工,需要坚持“有疑必探,先探后掘”的原则,针对性进行探放水施工。
3 探放水施工技术
3.1 探放水设备
探放水依据《煤矿防治水细则》《煤矿安全规程》等规范、标准要求开展[3-5]。根据临近巷道掘进探放水结果及现场情况分析:预计232205运输巷探放水钻孔单孔涌水量为10~20 m3/h,最大涌水量为30 m3/h。
钻孔采用ZDY-1200S型或ZDY-3200S煤矿用全液压坑道钻机施工,具体参数为:开孔直径133 mm;终孔直径75 mm;钻杆长度1 500 mm;钻杆直径50 mm;钻进深度200 m。
封孔设备主要有2ZBQ-5/4注浆泵、PKN封孔器、16 mm注浆软管、安全阀门。
3.2 探放水钻孔施工参数
在巷道开口位置布置1#钻场,在掘进250 m、850 m、1 280 m、2 340 m处分别施工2#、3#、4#及5#钻场。在钻场内施工的探放水钻孔深度均在150 m以上,封孔长度均为10 m。
3.2.1 1#钻场探放水钻孔施工。在232205行车绕道及一煤组辅运大巷内各施工一组探放水钻孔,施工的超前探放水钻孔超前工作面掘进迎头100 m以上。具体施工位置如图1所示,钻孔参数见表1。1#钻场内钻孔施工时先施工1#钻孔,待1#钻孔涌水量稳定后,继续施工2#钻孔。
3.2.2 2#钻场探放水钻孔施工。待巷道掘进280 m后,在250 m位置施工2#钻场,对运输巷内顶板含水层进行疏排。具体钻孔施工位置如图2所示,施工参数见表2。探放钻孔呈扇形布置,可覆盖此段含水层。钻孔实施顺序按照1#—4#依次进行。
3.2.3 3#钻场探放水钻孔施工。待232205工作面运输巷掘进908 m时,在850 m位置施工3#钻场,3#钻场内钻孔施工参数如表3所示。钻孔施工顺序按照1#—3#依次进行。
3.2.4 4#及5#钻场探放水钻孔施工。待巷道掘进至1 295 m时,在1 280 m位置施工4#钻场,巷道掘进至2 355 m时,在掘进2 340 m位置施工5#钻场,4#及5#钻场内钻孔参数完全一致,4#及5#钻场内探放钻孔施工参数见表4。钻孔施工顺序按照1#—5#依次进行。4#及5#钻场探放水钻孔布置见图3。
3.3 封孔及孔口管安装
第一,根据预计水量及水压,确定套管长度为6.0 m,管口外露长度不大于0.2 m。
第二,钻孔开口直径为159.0 mm,扩口开口深度为6.5 m,套管直径为108.0 mm。套管采用水灰比为1∶1的单液水泥浆固定。套管安全阀门[101.6 mm(4.0寸)闸阀]采用法兰联结。
第三,探水前钻孔应预先安装固定安全套管。安全套管的安装流程为:首先采用孔径为75.0 mm的钻头开孔钻至6.5 m深,然后用孔径为159.0 mm的大钻头扩孔至6.5 m深;退出钻具,将6.0 m套管推至距孔底0.5 m处,孔口与套管间空隙用水泥浆密实;注浆完毕24 h以上,退出钻具;安装不低于40 kg/cm的高压闸阀,并按照规定进行高压水试压;为防止钻进过程中砂岩水涌水,待耐压试验及孔口管固管试验合格后,在孔口安装高压闸阀、水压表及防喷阀。具体探放水钻孔封孔及孔口管安装见图4。
3.4 探放水效果分析
1#钻场内2#钻孔终孔涌水量为3.0 m3/h,明显小于1#钻孔的3.8 m3/h,证明此段范围內直罗组粗砂岩含水层富水性较弱。钻孔出水点距2-2煤约7.0 m,在掘进过程中,应做好对顶板含水层的监测和疏放工作。经过1#钻孔及2#钻孔疏排后,232205运输巷掘进期间未出现淋水现象。
2#钻场施工的4个疏放水钻孔终孔层位均位于罗组粗砂岩含水层,钻孔钻进过程中,实际钻孔涌水量均较小,最大出水量为0.5 m3/h,证明此段范围内直罗组粗砂岩含水层富水性较弱。根据出水点计算,钻孔出水点距2煤约6.5 m,预计此段范围内顶板含水层涌水不会给巷道掘进带来影响。
3#钻场内的3个疏放水钻孔终孔层位均位于罗组粗砂岩含水层,钻孔涌水量均较小,最大涌水量为0.35 m3/h,证明此段范围内直罗组粗砂岩含水层富水性较弱。根据出水点计算,钻孔出水点距2煤约4.5 m。
4#钻孔内施工的4个疏放水钻孔均穿直罗组底部粗砂岩含水层,钻孔涌水量较大,但是衰减较快,截至2019年9月25日,已累计疏放水量4 500 m3。由于此范围位于区域向斜轴部,含水层标高较低,从而导致此位置出现较多积水。同时,由于含水层水力联系较差,导致钻孔涌水量较大。此段范围内2煤老顶直罗组粗砂岩含水层有一定富水性,属于弱~中富水性的含水层区域,同时顶板裂隙较为发育,单位涌水量小于1 L/(m·s)。通过钻孔疏排即可降低含水层对巷道掘进的影响,后续巷道掘进过程中,顶板涌水量在0.3 m3/h以内,不会给掘进安全造成威胁。
5#钻场内施工的4个疏排水钻孔呈扇形布置,覆盖了此段含水层,钻孔施工期间涌水量均在0.4 m3/h以内,涌水量较小。根据出水点计算,钻孔出水点距2煤约5.3 m。
4 结论
①梅花井煤矿232205工作面运输巷掘进期间,顶板含水层为直罗组粗砂岩含水层,预计涌水量较大。为此,提出通过布置超前探放水钻孔对顶板含水层进行疏排,并确定含水层与巷道顶板的位置。
②在巷道掘进过程中,分别在开口位置250 m、850 m、1 280 m及2 340 m位置布置钻场,对顶板含水层进行探测及疏排。其中,1 280 m位置布置的4#钻场内探放钻孔涌水量较大,同时涌水量衰减较快,其余钻场内钻孔涌水量均较小。这主要是因为运输巷掘进区域受区域向斜影响,巷道1 280 m位置正处于向斜轴部,含水层内水在此位置集聚,同时由于含水层水力联系较差,从而使疏排水钻孔涌水量衰减较快。
③通过布置疏排水钻孔,巷道掘进期间顶板淋水量控制在0.3 m3/h以内,顶板淋水不会给巷道掘进及后续围岩支护带来显著威胁。
参考文献:
[1]栗炜.煤矿超前探放水施工技术应用实践[J].山东煤炭科技,2021(5):173-174,177.
[2]张端.掘进巷道上覆含水层探放水施工设计[J].能源与节能,2021(4):48-49,79.
[3]刘宇航.掘进巷道顶板裂隙含水层探放水施工技术研究[J].河南科技,2021(1):51-53.
[4]王鹏.某整合矿井主要水害及防治水措施[J].中国矿山工程,2020(3):43-44.
[5]刘京强,崔玉朝.矿井综合防治水技术研究综述[J].中国矿山工程,2020(1):68-70,73.