新型封孔技术在阳煤三矿探放水中的应用.pdf

第3 9 卷第7 期 2 0 1 6年7 月 煤 炭 与 化 工 C o al a n d C h e m i c a l I n d u s t r y V0 l - 3 9 No ． 7 J u 1 ． 2 01 6 新型 封 孔 技 术 在阳 煤三 矿 探 放 水中 的 应用 刘兴和 阳泉矿业集团有限责任公司 三矿，山西阳泉0 4 5 0 0 0 摘 要阳煤三矿 1 5号煤 K 8 4 0 2 、K 8 4 0 1 工作面东南部上方对应的二号井3号煤八采区部分 采空区内赋存有采空积水，K 8 4 0 2 、K 8 4 0 1 工作面存在水害隐患。由于 1 5号与 3 号煤层间距 达 8 0 m，水头压力大于 1 M P a ，为提前疏放阳煤三矿 3 号煤层采空区积水，对原探放水的封 孔工艺进行改进，采用 Z B Q S 一 1 2 ／ 1 0 煤矿用气动双液注浆泵作为动力驱动，利用水玻璃和水泥 快速凝固原理，将止水套管与岩壁四周稳固封死。达到封孔 目的。该封孔技术技术 自试验以 来，封孔成功率达到 1 0 0 ％，取得了显著的经济和技术效益。 关键词封孔；探放水；水玻璃；钻孔 中图分类号 T D 7 4 文献标识码 B 文章编号2 0 9 5 5 9 7 9 2 0 1 6 0 7 0 1 0 0 0 3 ‘ ’ ‘ n ’ - l ’ ● ’ ‘ A OOl i c a t i on 0t ne w s ea l i n t e c hno l oR y i n wat e r e XOl or at i on a n d d i s c h a r g e i n No ． 3 M i n e 0 f Ya n g q u a n M i n i n g Gr o u p “u Xi n g h e № 3 Mi n e o fY a n g q u a n Mi n i n gI n d u s t r y G r o u p C o r p o r a t i o nL t d ． ， Y a n g q u a n 0 4 5 0 0 0 , C h i n a Ab s t r a c t C o a t “ wa t e r e x i t e d i n No ． 2 s h a f t No ． 3 c o a l s e a m N o ． 8 mi n i n g fl r e a o f s o u t h e a s t K8 4 0 2 、 K8 4 0 1 wo r k i n g f a c e o f N o ． 1 5 c o al s e l m o f No ． 3 Mi n e i n Ya n g q u a n Mi n i n g I n d u s t r y ， wi t l l h i d d e n w a t e r h a z a r d i n K8 4 0 2、 K8 4 0 1 w o r k i n g f a c e ． T h e d i s t a n c e b e t w e e n No ．1 5 a n d No ． 3 c o al s e a m r e a c h e s 8 0 m． wa t e r h e a d p res s u re mo re tha n 1 MP a ,the o r i g i n al wa t e r e x p l o r a ti o n a n d d i s c h a r g e s e al i n g t e c h n o l o g y W fl 8 i m p r o v e d t o d i s c h a r g e N o ． 3 c o al s e a n l g 0 a f w a t e r , w i th Z B Q S - 1 2 ／ 1 0 mi n e p n e u ma ti c d o u b l e fl u i d g r o u ti n g p u mp a s d r i v i n g and s o d i u m s i l i c a t e and c e me n t r a p i d s o li d i fi c a ti o n p r i n c i p l e ， w a t e r s e al e a s i n g and r o c k a r o u n d we r e s e ale d t o a c h i e v e the s e aling g o a1． Th e s e a l i n g t e c h n o l o g y with 1 0 0 ％ S u c c e s s r a t e s i n c e the e x p e ri me n t , g e t s rema r k a b l e e c o n o my an d t e c h n o l o g y e ff e c t ． Ke y wo r d ss e a l i n g h o l e ； w a t e r e x p l o r a ti o n a n d dis c h a r g e ； s o d i u m s i l i c a t e ． d r i n i n g 随着煤炭资源开采深度的增加，上层煤开采后 形成的采空区积水，严重威胁下层煤安全回采【 。 根据有关资料，5 年内我国发生的矿井水害事故超 过 1 0 0 次，伤亡上百人 。随着采深加大，以往浅 部的探访水封孔方法可能不能满足深部的水头要求 ，以阳煤三矿探访水为工程背景，探讨深部煤层 探访水封孔工艺。 1 工程背景 阳煤三矿 1 5号煤扩四区 K 8 4 0 2 、K 8 4 0 1 工作 面东南部上方对应的二号井 3 号煤八采区部分采空 区内赋存有采空积水 ，预计积水外缘标高 6 5 7 I n ， 积水区面积 5 4 3 0 0 m 2 ，积水高度 4 8 ． 3 m，积水水 量达 6 ．5 万 m ，积水最低处标高为 6 0 8 ．7 m。为了 确保 K 8 4 0 2 、K 8 4 0 1 工作面在生产过程中不受水害 威胁 ，必须提前疏放上方 3 号煤层采空积水。 由于 1 5号煤与 3 号煤层间距在 1 1 0 1 3 0 m ， 直接由 1 5 号煤开 口疏放上方采空积水难度极大。 为减少工程量，提高施工精度 ，研究决定在 1 1 号 煤布置的 K 8 4 0 1高抽巷施工钻孔。但即使如此 ， 1 1 号煤与 3 号煤层间距也在 6 0 ～ 8 0 m 图 1 ，加 上积高度 4 8 ．3 In ，其水头压力也在 1 M P a 以上。 收稿 日 期2 0 1 6 - 0 6 1 8 ；责任编辑张彤D O I 1 0 ． 1 9 2 8 6 ／ j ．c n k i ． c c i ． 2 0 1 6 ． 0 7 ．0 3 3 作者简介刘兴和 1 9 6 4 ，男，山西孟县人，工程师。 引用格式刘兴和． 新型封孔技术在阳煤三矿探放水中的应用【 J 】 ． 煤炭与化工，2 0 1 6 ，3 9 7 1 0 0 - 1 0 2 ． 1 0 0 刘兴和 新型封孔技术在阳煤三矿探放水中的应用 2 0 1 6 年第 7 期 采 空区 图 1 煤层空间位置示意 F i g ． 1 P o s i ti o n o f c o s e a ／ n s p a c e 2原探放水封孔工艺 煤矿防治水规定 中明确规定 水压低于 1 ．0 M P a ，止水套管长度不得低于 5 m 。以往放水水 压均在 1 ．0 M P a 以下，止水套管长度为 6 m 示意 图后附 。其封孑 L 工艺如下①采用 西1 9 3 m m钻 头开孔，钻进 6 m后停钻；②将 6 ．5 m长的止水套 管依次穿人孑 L 内套紧，保证嵌套质量，避免松动； ③安装封孔卡，将孔口管用锚索固定在岩体中；④ 将止水套管管口用木屑、棉丝充填，减少空隙；⑤ 将与喷浆机连接的 2 寸钢管送入孔口管底部 ；⑥启 动喷浆机，注入水泥砂浆，直至止水套管内管流出 砂浆，说明孔口管四壁已注满，停止注入 ；⑦待水 泥砂浆凝固 4 8 小时后，做耐压试验 ，试验压力 ≥ 1 ．3 M P a ，且稳定 3 0 m in后，孑 L 口管周围不渗水方 可。以往探放水钻机型号为 Z D Y 一 1 9 0 0 S ，动压水 泵型号为 B W2 5 0 。 该工艺主要有以下缺点①水与水泥、砂、石 屑的配比无法量化，只是依靠人为控制水量大小来 完成 ，且无法达到配比均匀，凝固效果不佳；②喷 浆机出料口至止水套管内变为 2 寸管，进料过程中 极易发生堵塞；③由于为隐蔽工程，无法确认封孔 料何时将止水套管与岩壁四周充填严密， 极易因压 力过大将进料管崩破、或将封孑 L 料从止水套管口喷 出，何时停止注入喷浆料只能依靠经验确定 ；④该 项封孔技术成功率不足 2 0 ％，经常因耐压试验失 败而废孔。 3改进的封孔技术 煤矿防治水规定 中明确规定 水压在 1 ．0 ～ 2 ．0 M P a ，止水套管长度不得低于 1 0 m 。而该矿 K 8 4 0 2 、K 8 4 0 1 工作面上方 3 号煤采空区积水，即 使是在高抽巷疏放采空积水 ，水压也在 1 M P a以 上，因此止水套管长度也不得低于 1 0 m 。而喷浆 机由于压力损失 ，无法将物料配送至 1 0 m以外 ， 且该项技术封孔成功率过低。经过研究分析，决定 采用 Z B Q S 一 1 2 ／ 1 0 煤矿用气动双液注浆泵作为动力 驱动，按比例注入水玻璃、水泥浆进行封孔的封孔 工艺。 改进的封孔工艺的关键是利用水玻璃能够在 3 ～ 5 m in内快速和水泥浆牢固结合的原理，将止水 套管与岩壁四周稳固封死。利用 Z B Q S 一 1 2 ／ 1 0 煤矿 用气动双液注浆泵作为动力驱动，将水泥浆与水玻 璃按比例输送至止水套管的顶部，汇合反应 ， 并在 自重作用下迅速填充止水套管与岩壁四周，达到封 孔 目的。 设计的止水套管 图 2 为全长 1 1 ． 5 m的4 寸 优质铁管， 分为 4 部分 ，中间部分设丝扣 ，用管箍 连接。为加强止水套管外壁与钻孑 L 的密封效果，在 距止水套管顶部 3 0 m m处加焊一 1 9 3 m ln的法兰 盘，盘上打孔 ，用木螺丝紧固一外径为 1 9 3 m m 、 内径为 1 0 8 m m 、厚度不低于 6 m m的密封圈，在 距其底部 5 0 0 m ln处加焊一 西1 9 3 i n ln的法兰盘 ， 该法兰盘在止水套管安装前用棉丝、海带等缠死。 为保障封孔料能顺利运输至止水套管顶部后再汇合 反应，在距其顶部 1 5 0 m m处在止水套管管壁上的 两侧焊设两个 1 3 号量筒；并在距底部 5 0 0 m m处 的法兰盘与水套管管壁接触面的两侧焊设 2个 1 3 号量筒。止水套管底部焊接 4 寸标准法兰盘，用以 阀门的安设；为加强封孔管卡与止水套管之间的摩 擦系数，在距止水套管底部 1 5 0 m m处加焊焊点。 距顶部 3 c m处加焊一1 9 3 厂j ] 法 木 司 8 口 卜 I 1 ； 鼹 霎量 一 方 的法 】 2 0I r 衄 。 四 舌 量 兮 、 ＼ n 外 一 一 ， ’ ＼ 一 善 图2 改进的止水套管 F i g ． 2 I mp r o v e d wa t e r s t o p c a s i n g 1 01 2 0 1 6 年第7 期 煤炭与化工 第3 9 卷 实施封孔所需的材料或设备见表 1 。 表 1材料设备 T a b l e 1 Ma mfi s a n d e q u i t ，n l e Ⅱ t s 具体施工工艺如下 ①采用 1 9 3 I n lT l 钻头开 孔 ，钻进 1 1 m后停钻 ；②连接好止水套管量筒间 的 l 3 号高压胶管，将 1 1 ．5 m长的止水套管底部法 兰盘用棉丝、木屑等缠死后，依次将其穿入孔内套 紧，保证嵌套质量，避免松动；③安装封孔卡，将 孔 口 管用锚索固定在岩体中，并涨拉，保障顶底部 密封效果；④将注浆泵的两个出料 口用 1 3 号高压 胶管与止水套管底部法兰盘上的 l 3 号量筒连接； ⑤分别将储浆桶内倒入水玻璃、水泥浆 ； ⑥搅拌水 泥浆，将注浆泵吸料管放入储浆桶内，调节出料管 关断阀的大小，调试水泥浆与水玻璃的配比，多次 试验证明，水、水泥、水玻璃配比为 3 3 1 时， 从凝固时间、凝固强度等方面综合考虑效果最佳； ⑦启动注浆泵，注入水泥砂与水玻璃，每注入 2 ～ 3 m i n 就停止注浆 2 3 m i n ，使得封孔材料在止水 套管底部充分反应，增加其密封效果，当注浆泵进 料管压力表显示在 2 M P a 以上时， 说明孔 口管四壁 已注满，并开始承压，停止注浆 ， 关闭出料管的关 断阀，拆管洗泵 ；⑧待水泥砂浆凝固 2 4 h 后，保 障其充分反映凝固，做耐压试验 ，试验压力I2 ．5 M P a ，且稳定 3 0 m in 后，孔口管周围不渗水方可。 该封孔技术技术在 K 8 4 0 1 高抽巷 1 号放水孔 试验成功以来，至今已施工放水孔 7 个，封孔成功 率达到 1 0 0 ％，累计疏放采空积水 9 4 5 2 6 m 3 ，积水 水位已累计下降 3 9 ． 5 m。使 K 8 4 0 1 工作面受积水 影响范围由原来的 6 4 0 m减少为 2 0 2 m。保障了 K 8 4 0 2 、K 8 4 0 1 工作面的正常回采。 4 结 语 在阳煤三矿 K 8 4 0 1 高抽巷内打钻疏放上方采 空积水，避免开掘专门的探放水巷， 减少提前准备 工程，降低成本。水玻璃和水泥浆安照配比注入， 可在 2 m i n内迅速凝固，且具有一定的抗压性能， 凝固效果好，完全能够满足封孔需要。采用煤矿用 气动双液注浆泵可以利用进料口的阀门控制水玻璃 和水泥浆的配比，且其出料 口 端的压力表可很好的 反映封孔料的受力情况，可以直观的反映出封孔料 的注人情况。采用该项技术封孔 ，成功率可达 1 0 0 ％， 取得了显著的经济技术效益。 参考文献 [ 1 】 武强，李周尧． 矿井水灾防治【 M】 ． 徐州中国矿业大学出 版社，2 0 0 2 ． 【 2 】 周心权 ，邬燕云，朱红青，等． 煤矿灾害防治科技发展现状 及对策分析【 J 】 ． 煤炭科学技术，2 0 0 2 ，3 0 1 1 5 ，6 ． 【 3 ] 武强，管恩太． 煤矿水害应急救援预案探讨【 J 】 ． 煤炭学报 ， 2 0 0 6 ，3 1 4 4 0 94 1 3 ． 【 4 】 张志龙． 矿井水致灾条件与致灾机理分析及应用【 J 】 ． 煤炭科 学技术，2 0 1 3 ，4 1 S 2 2 2 2 2 8 ． 【 5 】 许宝平 ， 何灵忠． 阳泉三矿 K 8 0 1 工作面水文地质分析及其 防治水【 J 】 ． 煤，2 0 0 6 6 4 3 4 5 ． 【 6 ] 煤炭工业部．矿井水文地质规程【 M】 ． 北京煤炭工业出版 社 。1 9 8 4 ． 【 7 】 苏德国， 刘忠伟 ，牛广． 王家寨煤矿井下巷道超前探测方 法研究[ J 】 ． 煤炭工程，2 0 0 9 1 4 8 5 0 ． 1 0 2