井下掘进工作面超前探测采空积水的方法.pdf

2 0 1 7年第 3期 No ．3 2 01 7 煤 炭 科 技 C0AL SCI ENCE TECHN0L 0GY MAGAZI NE 1 4 1 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 7 0 3 - 0 1 4 1 - 0 4 井下掘进工作面超前探测采空积水的方法 李宏君 山西汾西矿业集 团 水峪煤业 有限责任公 司 ， 山西 孝义0 3 2 3 0 2 摘 要 水患是煤矿常见的主要灾害 ， 给煤矿 的开采增添 了难度 ， 如果处理不 当， 还会发 生事故， 给施工人 员的生命安全带来威胁。对煤矿井下掘进工作面超前探测采 空积水的技术要求和施工 方 法作 了详 细论述 ， 做 好 防治水 工作 ， 保证 煤矿 开 采 的安全 。 关 键词 煤 矿 井下 ； 超前探 测 ； 采 空积 水方 法 中 图分 类 号 P 6 3 1 ． 3 文 献标 志码 B M e t h o d f o r a d v a n c e d d e t e c t i o n o f g o a f wa t e r i n u n d e r g r o u n d d r i v i n g f a c e L I Ho n g - j a n S h u i y u C o a l I n d u s t r y C o ． ， L t d ． ， S h a n x i F e i x i Mi n i n g G r o u p C o ． ， L t d ． ， X i a o y i ， S h a n x i ， 0 3 2 3 0 2 Ab s t r a c t F l o o d i s a c o mmo n m a j o r d i s a s t e r i n c o a l m i n e ， w h i c h a d d s d i f f i c u l t y t o t h e mi n i n g o f c o a l mi n e ． i f t h e t r e a t me n t i s n o t p r o p e r l y h a n d l e d ，a c c i d e n t s w i l l O c c u r ， wh i c h wi l l p o s e a t h r e a t t o t h e s a f e t y o f t h e c o n s t r u c t i o n p e r s o n n e 1 ．T h i s p a p e r d i s c u s s e d t h e t e c h n i c a l r e q u i r e me n t s a n d c o n s t r u c t i o n me t h o d s o f a d v a n c e d d e t e c t i o n o f g o af wa t e r i n c o a l mi n e u n d e r g r o u n d d r i v i n g f a c e ，S O a s t o d o w e l l t h e p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l o f wa t e r wo r k a n d e n s ur e t he s a f e t y o f c o a l mi ni ng ． Ke y wo r d s u n d e r g r o u n d c o a l mi n e ； a d v a n c e d d e t e c t i o n ； g o a f wa t e r me t h o d ； CI C nu m be r P 63】 ． 3 Doc um e nt i de nt i fic a t i on c ode B 1 工作面概况 某 回采工作 面开采 1 0号 、 l 1 号煤层 为合并煤 层 ， 上部 为 9号煤 与 1 0号 、 1 1 号 煤层 间有 一层 0 ． 8 m厚 的泥岩 采 空区 ， 开采煤层平均厚度 7 ． 2 5 m．平均倾 角 5 。 。带压开采标高为 5 4 0～5 8 0 m之 间， 该工作面平均标高为 6 8 8～7 5 9 m， 故本工作面 不带压。 工作面北邻 0 4工作面 9号 、 1 O号 、 1 1 号煤 已采 ，南邻 0 8工作 面 1 0号 、 1 1号煤上分 层 已 采 ， 西邻采 区大巷 ， 东邻 O 9工作面 9号 、 1 0号 、 1 1 号煤已采 。该工作面整体为一单斜构造 ， 工作面西 高东低 ． 直接顶为 9号煤底之泥岩 ， 底板为铝质泥 岩 ， 该工作面 9煤 已采 ， 煤厚 1 ． 7 m， 老顶为 K 2石 灰岩 ， 厚 6 ． 8 5 m ～1 3 ． 7 0 m， 平均厚 7 ． 8 9 m， 为厚 层深灰色石灰岩 ，其 中有条带状及 团块状 黑色燧 石 。石灰岩下部常有一层灰色 的泥岩 ， 厚 0 ． 8 m左 右 ， 石灰岩中产有海相动物伞贝、 螺等化石。在本矿 井 主斜 井井 下大 巷有 揭露 。 该工作面以方位 9 0 。 ， 3号矸 距 9号煤层 6 ． 4 m 为顶板 向前掘进 巷道断面为矩形 。巷道 掘宽 4 ． 5 m， 净宽 4 ． 3 m， 掘高 3 m， 净高 2 ． 8 m。采用综 掘 机 掘进 作 业 ，利 用 带式 输 送 机 出煤 至 溜煤 眼 ； 支 护方式采用锚杆 、 锚索、 钢带 、 架棚联合支护。 2工作面水 文地质条 件 该工作面上部为 9煤采空区 。 可能存有采空积 水 ．预计积水面积为 5 8 0 0 0 m 、积水量为 2 9 0 0 0 m 。 、预计涌水量 3 06 0 m 。根据预计采空积水量 的测算 ， 该工作面水压小于 0 ． 1 MP， 因此在工作面 掘进过程 中不会 出现大的突水事故 ， 但在工作面施 l 4 2 煤 炭 科技 2 0 1 7年 第 3 期 T前 需备 好 排 水设 备 建 议安 设 两趟 1 0 0 m m 排水 管路或一趟 l 5 0 mi l l 排水管路 ， 并配有功率 4 5 k W 排水泵及备用泵 ， 保持排水管路 的畅通 。根据 煤 矿 防 治 水规 定 ， 在 T作 面 掘 进期 间 ， 保 证将 物 探 和 钻 探 工 作纳 入 掘 进 作业 循 环 中 ， 确 保 在 掘进 施 工 过 程 中的 安全 ，避 免 发生 无 预 测 预报 揭 露 导 水构 造 、 采空 区或老窑积水的事故。 3物探工作方 案及 工程量 1 该T作面主要利用矿用瞬变电磁仪对T作 面煤 岩的含水情况进行物探 。瞬变电磁仪施工示意 如 图 l所示 ， 探 测方 向示意 如 图 2所示 二 图 2 探测方向示意 2 该工作面采用矿井巷道地质探测仪对该 T 作 面内的隐伏地质构造进行物探 ，施工示意如图 3 所 示 。 p l p 2 一 激 发 点 I 一 检 波 器 迎 头 2 图 3地 质 探 测 仪 施 工示 意 3 探测分析 探钡 0 结果在室内进行研究分析 ， 存 有异 常 的 区段进 行 钻探 验证 。 4 探测 方 案 及l丁程量 该 作 面走 向全 长 为 9 4 5 m， 预计 共探 测 次数 1 0次 ， 钻探 2 O次 。 瞬 变 电磁 仪 施 T 时 首 次物 测 从 六 采 材 料 大 巷 对 材 联 巷 进 行 探 测 ．如 图 4所示 。每 次探 测 在 掌 头 布 置 1 3个 测 点 ， 每个测点从两个角度进行探测 ， 每次探测距离 为 l 4 0 m， 有 效 距 离 为 1 0 0 11 1 ， 组 队掘 至 1 0 0 i n时 ， 再进 行 第二 次 物探 。 目 ＼＼ | ， ～～ 道 班 一 tS 一一 6 1 l 轲科{ r J 嬲 鞲 ． -2i - - _- i - 图 4 瞬变 电磁 仪 施 工 在地质探测仪施工前 ，根据掘进地质资料 ， 对 有地质变化 断层 、 陷落柱等 的区域进行针对性探 测 。探测前 ，应和 队组联 系要求 队组在距掌 头后 2 0 m处左 右 帮打钻 ， 孑 L 深约 为 0 ． 8 m， 钻孔间距 为 2 m， 道间距为 2 m， 开始布设 2 0个测点测点 间 距为0 ． 8 IT I ， 对测点依次锤击。 探测距离为 1 0 0 m， 有 效范同为 8 0 m。丁作面巷道布置如图 5所示 。 在 物探 过 程 中 ．两 种 物 探 仪 器 要 联 合 进 行 探 测 ， 工作面进行物探时 ， 队组应积极配合 ， 确保物探 T作 的顺 利进 行 。 图 5工 作 面 巷 逼 布 置 4探测方案设计 1 单孔设计要求 开孑 L 时． 先使用钻头直径为 1 0 8 l n l l l 、 钻 杆 直径 4 2 m i l l 进 行 开孔 ， 然后 使 用 直 径 9 8 m m的孑 L 口管进行封堵 根据测试水压情况确定 孔 口管 长度 ，用 0 ． 0 1 IT I 厚 的水 泥浆进 行加 固 水 泥 、 沙 、 水一 1 3 0 ． 8 。 耐 压 试验 测 试 结 果 按一 般 为 平 均 水量 的 1 ． 5倍 测试 。最 后进 行钻 探 ，钻头 直径 为 5 0 m m、 钻杆直 径 为 4 2 mm。单孑 L 剖面如 图 6所示 。 单孔剖面 2 0 1 7年第 3期 4 3 譬孔剖 曲 图 6单 子 L 剖面 2 根 据 仆下 洲 资料 ， 该 r 作 而材 联 巷 大 揸 安 煤 杞 范 闹 内 邻 六 采 条 犬 巷 ． H T 作 邝及周 边 小 小煤 窑井 筒 和 小煤 窑 巷 道 ， 此 施 T材联 巷 时小 对其进 行 超前 钻探 3 材联 巷维 护 施 T 到 位后 ， 始施 工 材 料巷 ， 毪道 以 9 0 。 方 佗 穿层捌 进 3 5 1“1 1 到 达 3 a号石 f 施 r 9号 煤 r 1 1 学 “Z - 水 平 痢 形 布设 3个 钻 孑 L 孔 深 6 6 iq l ， 超 前 保 3 0 m 具休 参数 f U 1 表 1所列 ， 施 I 爪意 如 『 冬 1 7所爪 表 1钻 孔 参数 地 I I、 孔 号 方 位 柑料 岱 1 7 2 。 俐料 揸 2 9 0 。 材 料 揸 3 l 0 8 j 煤 央角孔深 n J { 然倾角 6 7 一媒J 『 】 然倾角 6 6 ‘蝶 J } I 然 倾 角 6 7 J f f L 位 置终f L f 讧 顶 板 F 1 ．0 m 设 计f 置 顶扳 r 1 ．0 m 设 汁位 顶 饭 F 1 ．0 m 没 汁位 巷道掌头中心线 一 一⋯一 皇 堡 一 一一阜， 一 一一一 帮距2 0 m I } _ 2 号 l 【 二 二 二 喱2 0 m 3 5 m 超前距3 0 m 【 安全范围 线 图 7 施 工示 意 4 I f 1 掘 进 正 巷 【 1 1 f ， 针 lf I 部 9煤 采 伞 I 情 况 ， 为确 保 1 作 而 常 抓 i 进 ， 1 作 i I f 毕 水 扇形 相 l 白 粥形 布设 6个 i 4 L 孔 深平 8 0 1 1 1 ． 趟前距 保 留 3 0 Il 1 具体 参 数 2所列 ， 施 r尔 意 l n 1 陶 8所 示 表 2钻 孔 方 位 表 地 点孔 号 力 ’ s 料 巷1 7 5 。 材料巷2 9 0 。 材 料 巷3 1 5 倾 角 _f L } l 扎 位 置 终 孔 位 I nl l 1 1l 8 3顶 卜1 ．0 m打 通 果 卒 I 8 l 顷板 1 ．0 m打 通 采 j J 8 3顶板 1 0 m扪‘ 通 果 ； 巷道中心线 1 ． 0 m 1 号 2 号 3 号 l 1 ． 2 5 m l _ 2 5 m l m 4 号 5 号 6 号 -- - - -_ ___ __／ ／ - 允许掘进 5 0 m 超前距 3 0 m 安全范围线 1 4 帮距 ／。 2 O m ／ 2 5” 6 1 1 o 6切限 、 ＼ ＼ 帮距 6‘ j 21 - n ⋯～h K2 石灰岩 9 煤果空区 泥 岩 图 8 施 工示 意 ① 钻探时 ， 兜对 l 、 2 、 3弓 ‘ 钻孔进j f - i 探 ， 然 根 据 l 、 2 、 3 钻孔 的终 孔 深 度 ， 对 剩余 t i 4 L 进 行 钻探 。 n 缺一 救一 然 }0 F 4 E4 F 4 层 侑 层 厢层角 煤灾 煤必 煤灾 m 痢 1 4 4 煤炭科技 2 0 1 7年第 3期 ② 当帮锚 、 顶锚有透水征兆 时 ， 在透水征兆位 置应 及 时进 行补 充 钻探 。 5技术要求 1 根据工作 面掘进地质说明书及预计采空积 水情况 ， 在材料巷布置 1 个临时水仓 ， 水仓容积为 3 m 3 m X 1 ． 5 m，并 配有 1台 4 5 k W 排水 泵及 7 ． 5 k W 备用排水泵 ； 采用 , 1, 1 0 0 mm排水管进行排水 当工作面水量变化增大 时可采用 工作面 7 5 m m 静压水管进行排水 。排水管路要 随着工作面的延 伸及时跟进 ． 不得滞后 。 2 当物探报告分析有异常时 ，由地测科针对 异常区编制相应的探放水设计 。 并进行专 门的探放 水工作 ， 验证无异常后方可进行生产 。 3 当工作面出现淋水时 ，应对 出水地点进行 钻探 ， 验证无异常后方可进行生产。 4 钻探前 ，先安好 1 0 0 mm孔 口管和控制闸 阀 ， 并 打好戗杆 ， 待水泥凝 固 ， 固定好孑 L 口管后 ， 进 行耐压试验 ． 达到设计承受 的水压后 ， 方可继续钻 进 。 5 探放 时 ， 严格 按 照 探放 水 设 计 施工 ， 不得 擅 自改动钻孔数 目、 方位 、 倾 角、 钻孔深度及其它设计 要求 ， 应按设计进行打钻 。 6 工作面遇地质变化 时，地测科及时变更钻 探设计 ， 并严格按变更设计进行钻探。 6安全措施 1 钻探前 ， 要清挖水仓 ， 水仓容积必须满足探 放水要求 ， 为保证施工安全 ， 应全面检查排水系统 ， 清挖水沟使其 畅通 ， 并在工作面备好水泵和排水管 路等设备 。 2 钻 探前 ， 要 加 强钻 孔 附 近 的巷 道支 护 ， 钻 孔 周 围顶 板要加 固好 ， 打好坚 固的立柱 和拦 板 ， 确保 安全施工 。 3 探放时 ， 按钻机操作规程进行施工 ， 钻机与 钻孑 L 之 间的距离不得过大 ， 按章操作 ， 不得违章作 业 ， 严禁用手 戴手套 触动钻机转动部位。 4 钻探时 ，要加强施工地点的通风和瓦斯监 测 ， 瓦检 员要去 现场检 测瓦斯 。 随时测定老空 区及 煤层 中瓦斯涌 出情况 ， 如果发现巷道 内瓦斯浓度超 限， 应停止作业 ， 采取措施 ， 排放瓦斯。 5 钻 探 时 ， 如 发 现 煤 层 疏 松 ， 片 帮 ， 钻 眼 中水 压 、 水量突然增大或有 压力水 顶钻现象 ， 应立 即停 钻 ， 但不得拔出钻杆 ， 并要对钻杆后部进行加固。 6 放水时 ， 要设专人监测钻孑 L 出水情况 ， 并记 录出水单孑 L 流量和总出水量 ，如果水量突然变化 ， 要及 时采取措施予 以处理。 7 总 结 进行探放水时，要根据煤矿当地具体的地质特 点和水体性质来 制定合理 、科学 的排放水措施 ． 及 制定详细 的计划 ， 包括水 害避灾路线 、 探放水设 备 和工艺技术 的设计等 。注意施工 的安全 ， 保证探放 水过程 的安全进行 ， 保证煤矿开采的安全进行。 作 者简介 李宏君 1 9 8 3 一 ． 男， 山西孝义人 ， 2 0 0 9年 毕 业于 山西省长治职业技术 学院测 量工程技术专业。 山西汾西 矿 业集团水 峪煤 业有 限责任公 司助理工程 师。 收稿 日期 2 0 1 7 0 7 1 1 上接第 1 3 2页 经长时间运行测试 ， 稳定 、 可靠 ， 人 员定位等数据 能够实时更新 ， 通信 、 广播质量较好 ， 且具有 良好的可扩展性 ， 得到用户的一致好评。 4 结 语 无线通信系统、 矿井人员定位系统是矿山安全 避险六大系统中的重要组成部分 ， 系统拥有语音通 讯调度 、 视频通话 、 无 线视 频监控 、 人员定 位及 管 理 、 安全预警等功能 ， 这些功能将大大提高矿 山的 信息化水平 ， 可广泛用于老矿井 的改造 、 新矿 区的 示范以及建井项 目的临时工程 ， 具有较大的推广价 值 参 考 文 献 [ 1 】 达尔 曼． 4 G移动通信技术权威 指南[ M】 ． 堵 久辉 译 ． 北京 人 民邮 电出版社 ， 2 0 1 2 ． [ 2 ] 王映 民． T D L T E A d v a n c e d移动通信 系统设计【 M】 ． 北 京 人 民邮 电出版社 ． 2 0 1 2 ． 【 3 ] 陈光柱， 沈春丰， 周莉 娟， 等． 地下无 线传感 器 网络定位方 法及应 用『 M】 ．北 京 电子工业出版社 ， 2 0 1 7 ． 作者简介 魏星 1 9 8 1 一 ， 女 ， 辽 宁盖 州人 ， 2 0 0 7年 毕 业于燕 山大学控制理论 与控 制工程专业 ， 中煤 电气有 限公 司 工程师。 收 稿 日期 2 0 1 7 0 7 2 7