团柏矿10-304掘进工作面超前探测设计.pdf

第4 0 卷第3 期 2 0 1 7年 3月 煤 炭 与 化 工 C o a l a n d C h e m i c a l I n d u s t r y Vo 1 ． 40 No ． 3 Ma r ． 2 0 1 7 团 柏矿1 0 3 0 4 掘进工作面超前探测设计 赵丽英 阳煤集团 山西宏厦建筑工程第三有限公司，山西 阳泉0 4 5 0 0 0 摘 要煤矿由于地质问题，在开挖掘进的时候经常会遇到突发问题，比如水害事故等。为 了保证煤矿掘进的安全有效进行，避免现场水害问题的影响，煤矿应 当对工作掘进面进行超 前探测设计，以保证煤矿掘进工作。以团柏矿 1 0 3 0 4工作掘进面为例，介绍了该工作面超前 探测设计 的方法。 关键词 水害 防治；掘进面；超前探测 中图分类号T D 1 6 3 文献标识码 B 文章编号2 0 9 5 5 9 7 9 2 0 1 7 0 3 0 1 2 5 0 4 De s i g n o f a d v a n c e d d e t e c t i o n i n 1 0 - 3 0 4 d r i v i n g f a c e o f Tua nb a i M i ne Zh a o H y i ng Y a n g q u a n C o a l I n d u s t r y G r o u p S h a n x i H o n g x i a C o n s t r u c t i o n a l E n g i n e e r i n g T h i r dC o r p o r a t io n L t d ． ， Y a n g q u a n 0 4 5 0 0 C h i n a A b s t r a c t B e c a u s e o f g e o l o g i c a l p r o b l e m s i n c o al l n i n e ， u n e x p e c t e d p r o b l e ms o ft e n o c c ll l T e d i n a i g g p r o c e s s ， s u c h a s w a t e r d i s ast e r ． I n o r d e r t o g u a r a n t e e s a f e a n d e ff e c t i v e d r i v i n g i n c o al mi n e ， a v o i d fi e l d wa t e r d i s ast e r , d e s i g n o f a d v a n c ed d e t e c ti o n i n wo r k i n g f a c e Was made ． T a k ing 1 0 - 3 0 4 d r i v i n g f a c e of T u anb a i Mi n e a 8 a n e x a mp l e ． me t h o d s o f a d v anc ed d e t ect i o n d e s i gn w e i e i n t r o d u c e d ． Ke y wo r d sw a t e r h a z a r d c o n t r o l ； h e a d i n g f a c e ； adv a n c e d d e t e c t i o n 0 引 言 超前探测设计是探测施工的依据 ，指导超前探 测工程按正确的方法施工，有效避免超前探测过程 中发生水害事故 ，超前探测严格执行 煤矿防治 水规定 及相关要求，按照 “ 物探先行、钻探跟 进”的原则，有序实施超前探测工作。为消除水害 隐患，要求在采掘工程中采用超前探测方法，查明 工作面顶底板、侧帮和前方的含导水构造 包括 陷落柱、断层 、含水层等水体的具体位置、产状 等，在有水的情况下，根据水量大小有控制地将水 放出，而后再进行采掘工作，以保证安全生产。 1 煤矿水文地质情况 团柏矿煤矿 1 0 3 04 工作面水文地质条件较复 杂，主要含水层为 K 2 灰岩和 0 灰岩，K 灰岩位于 l 0号煤上部 2 ． 8 8 m，是石炭系裂 隙水 的主要含水 层 ，也是 1 0 号煤顶板的直接充水含水层。由于K 2 石灰岩溶蚀裂隙发育，为大气降水和地表水的补给 创造了有利条件，并有奥灰水的补给，因此赋存有 较丰富的溶蚀裂隙水。随着工作面掘进工作的进 行 ，K 2 灰岩水直接流人工作面是工作面掘进期间 的主要水源。中奥陶统灰岩含水层是矿区主要含水 结构体，也是工作面开采的主要威胁 ，0 灰岩位 于 1 0号煤底板下平均 3 6 m处 ，水质为 H C O ， S O --C a 或 S O --C a 型，存在导水构造和底板薄弱 带的情况下有发生突水的倾向。 工作面区域奥灰水静水位标高为 5 0 0 m，属 带压开采区域，依据为三采区附近水文孔补井 5 ， 钻 孔孑 L 口标高 4 2 4 I n ，压力表 显示 数据 0 ．3 5 M P a 。根据工作面煤层底板标高范围 4 1 5 一 4 2 2 ， 计算得出煤层底板带压范围 0 ．7 8 ～ 0 ． 8 5 M P a ，根 责任编辑张彤D O I 1 0 ． 1 9 2 8 6 ． c n k i ． c c i ． 2 0 1 7 ． 0 3 ． 0 3 7 作者简介赵丽英 1 9 7 O 一 ，女，山西神池人，工程师。 引用格式赵丽英． 团柏矿 1 0 - 3 0 4 掘进工作面超前探测设计【 J 】 ． 煤炭与化工，2 0 1 7 ，4 0 3 1 2 5 1 2 8 1 2 5 2 0 1 7 年 第3 期 煤炭与化工 第4 0 卷 据补井 5 水文孔，1 0 号煤底板至奥灰顶界面层间 0 ．9 5 M P a 。 距为 4 6 m，计算得出奥灰顶界面带压范围 0 ． 8 5 ～ 煤矿巷道工作面掘进如图 1 所示。 2超前探测方 法 图1 煤矿巷道工作面掘进 F i g ． 1 Co a l mi n e t u n n e l i n g 2 ． 1 物探方法 煤矿巷道工作面两巷道地质及水文地质情况相 对清楚，所以探测区域为一种方法单循环探测；根 据 1 03 0 4两巷所受水害类型及现有物探仪器的 特征，并结合井下环境 ，采用瞬变电磁仪进行井 下物探。 瞬变电磁法超前探测主要是解决掘进前方 1 0 0 m范围内左右帮侧、顶底板和顺层掘进前方的煤岩 层富水性、裂隙发育情况和裂隙含导水情况。 超前物探工作的环境要求巷道支护必须完 好，确保无活矸危岩；排除巷道积水 ，避免对人 员及仪器造成影响；巷道迎头 3 m及物探工作所 需范围内清理干净矿渣杂物 ；施工期间电气机械 A 平面布置示意图 设备必须停运。 测点布置于巷道迎头，发射、接收线框沿水 平、垂直方向呈扇面布置。发射线框采用 1 ．5 m 1 ． 5 m矩形 回线 。探测分 顶板 3 O 。方 向、水平顺 层和底板 3 0 。方 向 3个方 向扫描 ，水平方 向主要 控制巷道两侧帮及前方的含水构造 ，垂直方 向主 要控制顶板、底板及前方的含水构造。巷道三条 测线各布置 1 1 个测点，分别为 1 号测点巷道左前 方 5 O 。 ，2号测点巷道左前方 4 0 。，3 号测点巷 道左前方 3 0 。 ，4号测点巷道左前 方 2 0 。 ，5号 测点巷 道左前方 1 0 。 ，6号测 点巷道 正前方 ，7 号测点巷道右前方 1 0 。 ，8号测点巷道右前方 2 0 。，9号测点巷道右前方 3 O 。，1 0号测点巷道 右前方4 0 。，1 1 号测点巷道右前方 5 0 。，如图2 所示 。 顶板探测方 向 顺层探测方 向 巷道顶板 发射线根， 巷道底板 底板探测方向 图2 瞬变电探测角度设计平面示意图 F i g ． 2 S c h e ma ti c d i a g r a m o f n s l e d e s i g n o f t r a n s i e n t e l e c t r i c al d e t e c ti o n 起始探测位置 1 0 3 04 两条顺槽系统巷位于 三采区三条大巷之间，因大巷掘进期间，区域水文 1 2 6 掘 进 工 作 面 地质条件已探测清楚 ，因此系统巷不再进行探测， 1 0 3 04 两条顺槽探测起始位置在穿过三采区回风 赵丽英团柏矿 1 0 3 0 4 掘进工作面超前探测设计 2 0 1 7年第 3期 巷 2 0 m后开始 ，但为考虑物探盲区，增加一次物 探，探测位置调整为三采区回风巷，在与顺槽立交 点往北 3 0 m处进行斜测。 1 0 3 0 4 1 巷物探设计如下使用瞬变电法 探测，探测过程中要远离干扰体 ， 综掘机，耙岩机 等采掘设备要离探测位置 1 0 m以上，每次探测距 离为 1 0 0 m，允许掘进距离 7 0 m，预留 3 0 m超前 距 3 0 m也可作为闭合管理区域 ，开口7 0 m后 使用瞬变电法进行第二次探测，依次类推。综上所 述 ，1 0 3 04 1 巷需探测长度 7 9 0 m，在掘进 期间共设计物探 1 2 次，其中瞬变电磁探测 1 2 次。 1 0 3 04 2 巷物探设计如下 使用瞬变电法 探测， 探测过程中要远离干扰体， 综掘机，耙岩机等 采掘设备要离探测位置 1 0 m以上，每次探测距离为 1 0 0 m ，允许掘进距离 7 0 m，预留3 0 m超前距 3 0 m也可作为闭合管理区域 ，开口7 0 m后使用瞬变 电法进行第二次探测，依次类推。综上所述，1 0 3 0 4 2 巷需探测长度 7 9 0 m，在掘进期间共设计 物探 1 2 次， 其中瞬变电磁探测 1 2 次。 切巷探测设计使用瞬变电磁探测，按照顺槽 掘进速度，在先到位顺槽内探测切巷。切巷设计长度 2 3 0 i n ，掘进期间共设计物探 3 次，其中瞬变电磁探 测 3 次。掘进期间若揭露断层、陷落柱等地质构造， 需要使用其他的物探手段时， 则另做相关设计。 1 0 3 0 4工作面两顺需探测长度为正巷 7 9 0 m、 副巷 7 9 0 Ill ，切巷需探测长度为 2 3 0 m，总计长度 为 1 8 1 0 m，一共需物探 2 7 次 包括切巷 3 次 。 综上所述，1 0 3 04 1 巷在掘进期间共设计物 探 1 2 次 ，其中瞬变电磁一种方法单循环探测 1 2 次 ；1 03 04 2巷在掘进期间共设计物探 1 2 次，其中瞬变电磁一种方法单循环探测 1 2 次，切 巷在掘进期间共设计物探 3 次，其中瞬变电磁一种 方法单循环探测 3 次，总计探测距离 1 8 1 0 11 1 。 在顺槽巷道进行超前探测时要注意物探循环闭 合，为避免物探循环作业期间出现漏探 ，必须按照 物探设计闭合管理进行循环探测。 2 ．2 钻探方法 通过物探探测，结合实际水文地质条件分析， 确认工作面前方无异常情况，超前钻探按照如下设 计执行。1 0 3 0 4 工作面掘进期间超前探测 ，使用 全液压钻机，具体参数如下 钻头直径 ， 衄 5 5 钻孔深度 ／ I n 1 5 0 钻杆规格 ／ I n to 5 08 0 0 输出转矩 ， N m 2 8 0 、7 5 0 输出转速 ／ r m i n 1 0 5 、3 0 0 给进力 ／ k N 4 0 0 锚固力 ／k N 28 0 正常给进速度 ， m m i n - - 0～1 ． 5 给进行程 ／ l l l m 8 5 0 主机外形尺寸 ， m m 2 1 0 74 1 0 4 6 0 主机重量 ／ k g 3 8 0 起拔力 ， k N 3 0 巷道沿煤层底板掘进 ，超前探测采用扇形布 孔，搜索性探测，使巷道前方、左右两侧需要保护 的煤层空间均处于钻孔控制之中。钻孔施工时不下 设孔 口管。钻孔深度与超前距钻孔钻探深度 1 0 0 m，超前距 3 0 m；即探 1 0 0 m，掘 7 0 m，然后再探 再掘，循环往复进行。共设计钻孑 L 3 个，沿煤层水 平扇形布置钻孔 3 个。钻孔水平角度设计时假设煤 层水平 ，无倾角，实际施工过程中，按照煤层倾角 换算，钻机架设高度 1 m 。 1 0 3 0 4两条顺槽系统巷位于三采区三条大巷 之间，因大巷掘进期间，区域水文地质条件已探测 清楚，因此 1 0 3 0 4两条顺槽探测起始位置在过三 采区回风巷 2 0 m后开始。 1 0 3 04 工作面两顺槽需探测长度正巷 7 9 0 m、 副巷 7 9 0 m ，切巷需探测长度为 2 3 0 m，总计探测 长度为 1 8 1 0 m，一共需钻探 2 7 次 包括切巷 3 次 。综上所述 1 0 3 0 4 1 巷在掘进期间共设 计钻探 1 2 次；1 0 3 04 2 巷在掘进期间共设计 钻探 1 2次，切巷在掘进期间共设计钻探 3 次 ，总 计施工钻孔 7 5 个，钻探总进尺 7 5 0 0 m。 3 掘进中水文地质异常区的发现与验证 在物探过程中，1 0 3 04 工作面在沿内部顺层 方向探测时，相对视电阻率值总体变化相对较大， 探测圈定两处明显低阻异常区，编号为 1 号、2 号 异常区，如图3 所示。1 号异常区位于视电阻率等 值线图 9 0 ～ 4 3 0 m，2号异常区位于视电阻率等值 线图 6 6 0 7 3 0 m，分析异常区范围内煤上分层采 空破坏相对严重，局部存在采空积水。视电阻率等 值线图 5 0 0～ 5 3 0 m存在一处低阻区，分析受巷道 水仓干扰所致。 综合比较异常区的物探与钻探法的结果 ，确定 1 号、2 号异常区均存在积水。回采工作面于随后 对工作面 1 号、2 号异常区进行钻探验证放水。 1 号物探异常区位于 1 0 3 04 1 巷工作面 内部 ，设置 3 个钻探地点，分别位于 1 5号点前、 1 9 号点前、2 1 号点前 3 1 m，共布置 3 个钻孔，其 1 2 7 2 0 1 7 年第3 期 煤炭与化工 第4 0 卷 图 3 异常 区位置 示意图 F i g ． 3 S k e t c h ma p o f a b n o r ma l a r e a 中在 l 9 号点位置 9 号钻孔 6 5 m卡钻出水 0 ．0 5 m 3／ h ， 能提前对积水做超前探测，煤矿中所含的水就可能 其余均未出现涌水现象。由于该处空巷基本全部联 渗透到巷道当中，引起巷道承载力的下降甚至引起 通，结合煤层呈东高西低判断，工作面内部已排除 工作面的破坏，因此做超前探测具有重要的作用与 较大水害威胁，但不排除工作面内局部低洼地带及 现实意义，煤矿应当结合煤矿的水文地质条件对超 独头巷道存在少量老空积水。 前探测进行认真设计 ，结合物探与钻探法，提高异 2号物探异常区位于 1 03 0 4 2 巷 内部 ， 常含水区的检出率，保障煤矿巷道的安全。 三 兰 妻 前 Im 5 个 钻 孔 ， 其 中 号 、 2 号 钻 参 考 文 献 孔 遇 空 巷 ，无出水现象。 ⋯⋯一 由于两个异常区出水量都极少，因此不做特别 【 1 ] 王 鹏． 地 巷联合 瞬变电 磁法 可行 性研 究[ J 】 ． 中 国 煤炭， 处理，但是要加强异常区的监测。 2 0 1 7 2 2 8 3 2 ． 【 2】 王玉方 ． 瞬变电磁法理论 的应用现 状及研 究进展初探 [ J J ． 企 4 结 语 业 技 术 开 发 月 刊， 2 0 1 4 9 5 2 ． 【 3 】 黄启春． 瞬变电磁法在枣庄市采空KT程勘察中的应用【 J ] ． 煤矿掘进面的超前探测设计非常重要，如果不 勘 察 科 学 技 术， 2 0 1 3 1 6 1 6 4 ． 上接 第 1 2 4页 际中一般不采用这种工作方式。 通过以上分析可知，在中性点经消弧线圈接地 的系统 中发生直接接地后主要有如下特点 1 当系统中出现单相直接接地故障后，发 生故障的相电压降为零，非故障相的对地电压相应 的升高为系统中原来的线 电压 。 2 非故障支路中的零序电流同不接地运行 方式下是一样 的 ，不同之处在于出现故障 的线路 ， 线圈中感性电流的过补偿使得零序电流的方向与不 接地时相反，关于线圈的过补偿程度也是有规定 的，一般都会设置为 5％ ～ 1 O％，所以补偿后的 电流在数值上不会很大。 3 在经消弧线圈接地的系统中，过补偿程 度 5％ ～1 0％是根据稳态零序电流中的基波分量 进行整定的 ，所以零序电流中五次谐波的成分没有 发生变化 ，还是同不接地系统中关于基波零序电流 的特点是一样的，可以根据其在不同支路中的表现 对故障进行判断。 1 28 4 结 语 选取煤矿 1 0 k V高压供电网络作为研究对象， 详细研究两种运行方式下出现单相接地故障后的稳 态特征的不同表现 ，进而为选线方法提供可靠的理 论依据，但文中涉及的接地故障分析只是存在于 理论计算层面，需进行实际考察 ，应用到现场实 际中。 参考 文献 [ 1 ] 张维礼． 高压漏 电保护及 自动选择装置【 J 】 ． 煤矿 自动化 ， 1 9 8 4 4 4 34 5 ． [ 2 ] 王寅生． 基于 L S S C B的矿井低压供电系统快速断电安全技 术的研究[ D】 ． 北京中国矿业大学 北京 ， 2 0 1 5 ． 【 3 ] 孙士宏． 矿用低压馈电开关选择性漏电保护的研究【 J 】 ． 煤矿 机械，2 0 1 6 4 6 76 9 ． [ 4] 米启超 ，赵红梅． 煤矿井 下低压 电网选择性 漏电保护研究[ J ] ． 煤矿机械，2 0 0 8 1 2 3 2 4 ． [ 5 】 赵建文． 零序有功电流选线的新型漏 电保护[ J 】 ． 继电器， 2 0 0 3 4 4 44 5 ． ≈ 锄 枷 讲 瑚枷 4 舶珈 珈 瑚枷