高承压顶板砂岩含水层快速疏放水技术研究.pdf

5 8 聪磊 斜技 2 0 1 7 年 第 1 1 期 高承压顶板砂岩含水层快速疏放水技术研究 尹庆 国 淄矿集团公司巴彦高勒煤矿 ，内蒙古鄂尔多斯0 1 7 0 0 0 摘要 巴彦 高勒 煤矿 位于呼 吉尔特矿 区南部 。矿 井首采煤层 为侏 罗系延 安组上部 3 ． 1煤层 ，煤层 开采时主要受顶板砂 岩含水层水害威胁。为了保证工作面安全回采，在回采前需将顸板砂岩含水层疏放至不承压状态。因此为了提高疏放水效 率，从施工思路、施工工艺和疏放方面对快速疏放水技术进行优化和研究。 关键字 高承压 顶板 砂 岩含水层 疏放水技术 中图分类号T D7 4 5 ．2 2 文献标识码 B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 。 2 0 1 7 ． 1 1 ．0 2 6 St udy o n t he Ra pi d Di s c ha r g e o f W a t e r i n Hi g h Pr e s s ur e Ro o f Sa nds t o ne Aqu i f e r Y i nQ i n g - g u o B a y a n g a o l e C o a l Mi n e o f Z i b o Mi n i n g G r o u p，Ne i me n g g u O r d o s 0 1 7 0 0 0 Ab s t r a c t T h e B a y a n g a o l e C o a l Mi n e i s l o c a t e d i n t h e s o u t h o f the H u j i e r t e mi n e a r e a ． T h e fi r s t c o a l s e a m i n t h e m i n e i s the u p p e r 3 - 1 c o a l s e a m o f the y a n a n g r o u p ， wh i c h i s t h r e a t e n e d b y t h e wa t e r p o l l u t i o n o f t h e r o o f s a n d s t o n e a q u i f e r i n t h e c o a l s e a m．I n o r d e r t o e n s u r e the s a f e t y o f t h e wo r k i n g f a c e ， i t i s n e c e s s a r y t o d i s c h a r g e t h e t o p s a n d s t o n e a q u i f e r i n t o the u n c o n fi n e d c o n d i t i o n b e f o r e t h e r e c o v e ry． T h e r e f o r e ， i n o r d e r t o i mp r o v e t h e e ffic i e n c y o f wa t e r d i s c h a r g e ， th e r a p i d wa t e r d i s c h arg e t e c h n o l o g y i s o p ti mi z e d an d s t u d i e d f r o m the a s p e c t s o f c o n s t r u c ti o n i d e a ， c o n s t r u c t i o n t e c hn o l o gy an d d r e d g i n g e t c ． Ke y wo r d s h i g h p r e s s u r e r o o f s an d s t o n e a q u i f e r d i s c h a r g e o f wa t e r t e c hn o l o g y 巴彦高勒煤矿位于呼吉尔特矿区南部，行政区 划属鄂尔多斯市乌审旗乌兰陶勒盖镇管辖。矿井首 采煤层为侏罗系延安组上部 3 1 煤层立井开拓，走 向长壁与倾斜长壁相结合采煤法采煤 ， 一次采全高。 水害是巴彦高勒煤矿面临的主要灾害。 巴彦高勒煤矿 3 1 煤开采过程中面临的主要水 害问题为顶板砂岩水害，主要充水水源为煤层顶板 的延安组和直罗组砂岩含水层 ，主要的充水通道为 煤层开采产生的导水裂隙带。通过实施以 “ 疏水降 压 、消峰平谷”的防治水技术路线为主，以 “ 物探 先行、钻探验证”物探钻探相结合方式施工探放水 工程。首先开展顶板物探工作 ，确定顶板富水异常 区域 ，为钻探提供靶区，钻探根据物探结果重新调 整钻场、钻孑 L 参数。根据 淄博矿业集团有限责任 公司煤矿防治水实施细则 要求 。凡受水害威胁的 回采工作面必须为防治水工程实施留足至少 3 个月 收稿 日期 2 0 1 7 0 6 2 3 作者 简介尹庆 国 1 9 9 0 一 ，男，助 理工程 师，2 0 1 3年毕业 于 山东科技大学地质工程专业，大学本科，学士学位。内蒙古黄陶 勒盖煤炭有限责任公司巴彦高勒煤矿地质测量部地质技术员。 的时间。因此为了保证工作面安全回采，研究了回 采工作面快速疏放水技术。该技术的研究可以提高 回采工作面疏放水效率 ，使 回采工作面尽早投人生 产 ，为矿井创造效益。 1 快速疏放水技术实施的 目的 矿井工作面布置为两条顺槽 1 运输顺槽 用于支架及 日常物料运输； 2 回风顺槽安装皮 带及 回风。以 3 1 1 3 0 6工作面为例 ，在工作面掘进 施工完成形成 回采工作面后，即进行工作面安装。 工作面安装使用G C 5 7 型矿用液压支架搬运车运输 ， 在运输过程 中将会影响顶板疏放水钻孑 L 的施工效 率， 进而影响工作面的投产日 期。加快对3 ． 1 煤顶 板砂岩含水层的疏放，提高施工疏放水钻孔效率 ， 达到安全回采标准，使得工作面尽早投人生产。 2 快速疏放水技术研究 2 ． 1 3 l 1 3 0 6工作 面水 文地 质研 究 根据 巴彦高勒矿井沉积相与富水规律研究报 告 中，通过沉积相与岩性分析，建立了井田范围 2 0 1 7年第 1 1 期 互 撼藏 斜技 5 9 内地层层序架构，并对矿井主要含水层延安组 、直 罗组砂岩地层进行精细划分。统计 3 1 1 3 0 6 工作面 内部及 8 0 0 m范围内钻孑 L 资料，分析 3 ． 1 煤顶板砂 岩含水层与煤层顶板间距情况如表 l 所示。 表 1 3 1 1 3 0 6工作面顶板直 罗组地层划分情况统计表 钻 孔 孔 口 煤层 3 1煤顶 且一 直二 段 ～3 1煤 段 ～3 - 1 煤 编 号 标 高 m 厚度 n 1 深 m 间距 m 间距 m BJ 05 1 27 8 ． 3 7 ． O O 6 3 6 ． 1 2 8 3 ． 8 6 1 7 2 _ 3 2 S 5 2 】 27 5，61 6 33 6 5】 - 3 2 7 3 ． 2 l 7 5．5 2 S5 3 l 2 7 8．6 9 5 ． 7 3 6 3 7 ． O 3 81 ． 5 3 l 6 6． 1 8 S5 - 4 1 2 7 8 ． 0 5 ． 5 0 6 3 7 ． 5 7 8 2 ． 5 7 1 6 7．8 7 W J 1 O 十l 2 7 6 ． 1 5． 8 2 6 44 ． 7 4 8 7 ． 8 4 1 7 9 ． 1 4 W J 1 4 l 2 8 7 ． 2 5．4 5 6 21 ． 9 0 8 4 1 7 6 ． 7 平均 l 2 7 9 ． 0 6 ．O 6 3 8 ． 1 8 2 - 2 I 7 3 ． 0 根据沉积分析将 3 ． 1 煤顶板直 罗组地层划分 为直 罗组 一 段 、直 罗 组 二段 两层 。3 l 1 3 0 6工 作 面 顶板直 罗组二段地层距离 3 ． 1 煤顶板平均间距为 1 7 3 m，工作面采后导水裂缝带发育的最大高度为 1 3 5 m。采 动 对直 罗 组 二段 砂 岩 含水 层影 响较 小 。 因此 ，3 1 1 3 0 6工作面顶板水害威胁主要来 自煤系 地层延安组三段和直罗组一段砂岩含水层。根据钻 孑 L 资料统计，3 1 1 3 0 6 工作面顶板 1 3 5 m范围内，延 安组三段含水层厚度为 1 4 ． 5 5 ～ 3 0 ． 9 m，直罗组一段 含 水 层 厚 度 为 2 1 ． 1 0 ～ 3 8 ． 8 7 m，总 的含 水 层 厚 度 为 4 7 ． 41 6 2． 6 8 m 。 通过分析，3 1 1 3 0 6 工作面回采过程中面临的主 要水 害类 型为顶板砂岩水害 ， 主要的充水通道为 3 ． 1 煤采后产生的导水裂缝带，预测导水裂缝带最大发 育高度为 1 3 5 m。位于导水裂缝带发育范围内的延 安组三段和直罗组一段含水层会成为工作面采后的 直接充水水源 ，这两层含水层受沉积条带影响，富 水性均表现出一定的不均一性 ，且含水层以静储量 为 主 ，动态 补 给 量有 限。针 对 3 1 1 3 0 6工 作 面 ，有 效的防治水方法为在工作面采前开展顶板疏放水T 作， “ 超前疏放 ，消峰平谷”。 2 ． 2 快速 疏放 水技 术 2 ． 2 ． 1 施工 思路调 整 根据 3 l 1 3 0 6工作面水文地质条件分析，工作 面设计 5 2 个疏放水钻孔，l 5个钻场。钻孑 L 倾角为 5 0 。，钻孑 L 深度为 1 8 0 m，钻孑 L 布置见图 l 。 一 * - _＼ ， lL ＼ ≤ 一rI 一“ ” 面 ． f 1 ． 图 l 3 I l 3 0 6工 作 面 顶 板 疏放 水 钻 孔 设 计 图 为 了加快 3 】 1 3 0 6工作 面 的 钻孔 施 工 ，尽 快 将 顶板砂岩含水层水疏放至不承压状态。采取 “ 总体 设计 、分段施工”的施工路线。以切眼以外 1 0 0 0 m 段为界线 ， 即运输顺槽和回风顺槽 l ～ 3 共6 个钻场 ， 2 0钻孑 L 为一期工程。一期工程完成后可保证_丁作面 安全 回采，二期工程即可循序渐进地进行不影响Ⅲ 1 作面的回采 ，满足相关规程规定的要求。 2 ． 2 ． 2 施工工 艺优 化 根据巴彦高勒矿井地面观测孔资料，3 1 1 3 0 6丁 作面附近 ，3 。 l 煤顶板含水层最大水压力为 3 ． 2 MP a 。 根据 淄博矿业集团有限责任公司煤矿防治水实施 细则 ，若顶板含水层水压力大于 3 MP a ，必须下 二级套管 。 设 计钻 孑 L 开 孔 1 6 8 m m，煤 层 直 接顶 板 粉 砂 岩、泥岩段下 1 4 6 mm一级套管 6 m；耐压试验合 格后 ，采 用 1 2 7 mm 钻头 钻进 ，下 1 0 8 ra m 二级 套管 2 l m，裸孑 L 钻进终孑 L 于直罗组下段中粗砂岩含 水层顶板 。 按照设计每次下套管需要注浆凝固 2 4 h 后方可 继续钻进。如果等待注浆 固管完成后再进行施工将 会延长施工工期。为了提高施工效率，在一个钻场 施工完成一个钻孑 L 的固管后 ，继续施工下一个钻孔 注浆固管待该钻场所有钻孔注浆固管完成后，再从 第一个注浆固管钻孔按照施工顺序施工至终孑 L 位 置。该施_TT艺的调整，减少了施丁过程中注浆同 管等待时间 ，每个钻孑 L 可以加快施工 2 d 。一期工程 完毕即可使得工期提前 4 0 d完成。 2 ． 2 - 3 钻孔放水方 式优化 在疏放水钻孔施_T初期工作面排水系统还未形 成，如果等待工作面排水系统形成将会大大延缓疏 放水的进度。因此为了使得疏放水钻孑 L 尽快疏放至 不 承压状 态。 1 在放水初期放水钻孔水量大 、水压大， 放水初期工作面排水系统还未形成 ，利用掘进期问 的排水管路对顶板疏放水钻孔进行疏放。疏放水钻 孔接高压软管与排水管路连接，利用钻孑 L 初期的自 身压力进行疏放。即可以保证钻孔水的疏放，又不 下转第 6 1页 2 0 1 7 年第 l 1 期 童 娃晨 舛技 6 l 时，必须首先监测电气设备前后 l O m范内的瓦斯浓 度 ，瓦斯浓度在 0 ． 5 ％ 以下时方可作业。 2 综合防尘 防尘水源来源于地面高山水池。 1 工作 面掘进期 间，在距 离工 作面迎 头 3 0 m处安设两道净化水幕，水幕要覆盖巷道全断面， 喷雾 、水幕灵敏可靠 ，雾化灭尘效果好。要求两道 水幕随工作面的前移而前移 ，水幕的连接是阀门一 净化水幕 ， 阀门及所有连接处不得漏水 滴水成线 ， 水幕喷嘴方 向要略向下，与巷道顶板成 4 5 。角 ，方 向与风流方向相反。并在距离工作面 1 0 0 m范围内 加设捕尘网水幕。 2 工作面安设一趟 1 0 8 mm洒水管路，管 路吊挂执行相关规定 ， 并保证每 5 0 m一个三通阀门， 每 2 0 0 m安设一个卡水 阀门，阀门要完好、灵活、 不漏水，设置在巷道非行人侧 ，并挂牌编号管理。 3 在皮带机头及各转载点必须安装双头 自 动喷雾装置，并保证能正常使用，净化水幕必须覆 盖巷道全断面。 4按照综合防尘标准定期进行冲洗巷道， 确保无煤尘堆积现象。 5工作面掘进期间，要采取湿式打眼 ，使 用水炮泥，放炮时距放炮地点 1 5 m 内的放炮水幕及 回风流净化水幕必须开启 ，爆破前后冲洗 3 0 m范围 内巷道周边 ，出煤时洒水。 3 综合防灭火 工作 面防火水源来源于地面高山水池 ，主斜 井 一 一 8 3 0 m水 平行 人联巷一． 8 3 0 m带巷一 5 - 2 0 0 1 巷 ． 8 3 0 m北翼辅助运输巷一 5 - 2 0 4 1 巷掘进工作面， 用 1 0 8 mm管路接人工作面。 具体防火措施如下 1 井下严禁存放煤油、柴油等易燃物品， 使用的棉纱 、布头必须存人专用的器具内，定期出 井 ，严禁乱扔，严禁将油脂倒在巷道内。 2 严禁明火作业和电器失爆。 3 工作面皮带机头安设一个三通 ，并保证 有不低于 2 0 m洒水软管。 4用静压水管做消防水管。 5皮带机头配备 2只灭火器，1 把消防锹 、 1 把消防斧、1 把消防钩 、1 个消防桶和 0 ． 3 m3 灭火 砂箱，灭火器砂箱存放在皮带机头的上风侧。并放 置在架子上 ，不得移做他用，综掘机上配备 2 只灭 火器 ，工作面所有人员都要掌握灭火器材的使用方 法和熟悉 自己工作区域内灭火器材的放置地点。 4 总结 1 采取降尘措施得当，现场粉尘有效降低 浓度达到 7 8 ％。 2巷道掘进过程 中无瓦斯超限现象，通风 管理较好 。 3 通防效果较好 ，提高工人工作环境安全。 【 参考书目】 [ 1 ] 安世 岗． 神东煤炭集团公 司 “ 一通三防”管理 [ J ] ． 煤炭科学技术，2 0 1 5 S 2 6 7 ． 7 0 ． [ 2] 朱金子 ． 煤矿一通三防安全管理评价 系统研究与 应用 [ D] ． 西安科技大学，2 0 1 2 ． [ 3 ] 卢鉴章 ． 我国煤矿一通三防技术的发展与进步 [ J 】 ． 煤炭科学技术，2 0 0 7 ，3 5 1 8 ． 1 3 ． 上接第 5 9页 增加巷道及顺槽内水泵的压力 ，节省了排水费用。 2在钻孔放水中后期，工作面排水系统 已 经形成钻孔水压及水量已经减小，把钻孑 L 与排水管 路连接的高压软管断开进行落地放水。使得钻孔水 在水压及水量小的情况下依然可 以最大限度地疏 放 。 3 结语 为了保证回采工作面安全消除水害威胁 ，特针 对顶板砂岩含水层快速疏放技术进行研究 ，通过对 疏放水钻孔施工工艺及钻孔放水方法进行研究 ，可 以有效地提高工作面顶板砂岩含水层水 的疏放效 率，既节约排水费用，又能使工作面尽快投入生产。 【 参考书目】 [ 1 ] 刘基 ． 顶板高承压含水层疏水降压可行性研究 【 J 】 ． 煤炭 工程 ，2 0 1 6 ，4 8 1 1 4 2 - 4 5 ． [ 2] 郑必伟 ． 石槽村煤矿项板群孔疏放水技术研究 [ D】 ． 西安科技大学 ， 2 0 1 4 ． [ 3 ]居建国 ． 大水量综放工作面疏放水技术实践 [ J ] ． 能 源技术与管理，2 0 0 9 4 6 5 9 2 ．