岱庄井田特殊地质条件下工作面水患安全综合治理技术研究.pdf

分类号分类号 TD74TD74密密级级公公开开 U U D D C C 单位代码单位代码1042410424 工工 程程 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 岱庄井田特殊地质条件下岱庄井田特殊地质条件下岱庄井田特殊地质条件下岱庄井田特殊地质条件下 工作面水患安全综合治理技术研究工作面水患安全综合治理技术研究工作面水患安全综合治理技术研究工作面水患安全综合治理技术研究 吴吴祥祥 申请学位级别申请学位级别工程硕士工程硕士领域名称领域名称矿业工程矿业工程 指导教师姓名指导教师姓名刘刘 伟伟 韬韬职职称称 副副 教教 授授 副副指导教师姓名指导教师姓名马马 同同 福福职职称称高级工程师高级工程师 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二〇〇六二〇〇六年年十一十一月月 论文题目论文题目论文题目论文题目 岱庄井田特殊地质条件下岱庄井田特殊地质条件下岱庄井田特殊地质条件下岱庄井田特殊地质条件下 工作面水患安全综合治理技术研究工作面水患安全综合治理技术研究工作面水患安全综合治理技术研究工作面水患安全综合治理技术研究 作者姓名作者姓名作者姓名作者姓名吴祥入学时间入学时间入学时间入学时间2004 年 3 月 领域名称领域名称领域名称领域名称矿业工程研究方向研究方向研究方向研究方向矿井灾害预测与防治 指导教师指导教师指导教师指导教师刘 伟 韬职职职职称称称称副教授 副指导教师副指导教师副指导教师副指导教师马 同 福职职职职称称称称高级工程师 论文提交日期论文提交日期论文提交日期论文提交日期2006 年 04 月 论文答辩日期论文答辩日期论文答辩日期论文答辩日期2006 年 11 月 授予学位日期授予学位日期授予学位日期授予学位日期 TECHNICALTECHNICALTECHNICALTECHNICAL RESEARCHRESEARCHRESEARCHRESEARCH OFOFOFOF FLOODFLOODFLOODFLOODATATATAT SPECIALSPECIALSPECIALSPECIAL GEOLOGICALGEOLOGICALGEOLOGICALGEOLOGICAL CONDITIONCONDITIONCONDITIONCONDITION ININININ WORKINGWORKINGWORKINGWORKING FACEFACEFACEFACE OFOFOFOF DAIZHUANGDAIZHUANGDAIZHUANGDAIZHUANG MINEMINEMINEMINE A A A A dissertationdissertationdissertationdissertation tedtedtedted inininin fulfillmentfulfillmentfulfillmentfulfillment ofofofof thethethethe requirementsrequirementsrequirementsrequirements ofofofof thethethethe degreedegreedegreedegree ofofofof MASTERMASTERMASTERMASTER OFOFOFOF ENGINEERINGENGINEERINGENGINEERINGENGINEERING fromfromfromfrom ShandongShandongShandongShandong UniversityUniversityUniversityUniversity ofofofof ScienceScienceScienceScience andandandand TechnologyTechnologyTechnologyTechnology bybybyby WuxiangWuxiangWuxiangWuxiang SupervisorSupervisorSupervisorSupervisor AssociateAssociateAssociateAssociate ProfessorProfessorProfessorProfessor LiuLiuLiuLiu WeitaoWeitaoWeitaoWeitao CollegeCollegeCollegeCollege ofofofof NaturalNaturalNaturalNatural ResourcesResourcesResourcesResources andandandand EnvironmentalEnvironmentalEnvironmentalEnvironmental EngineeringEngineeringEngineeringEngineering NovemberNovemberNovemberNovember 2006200620062006 声声明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和所公认 的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文尚未呈交于其它任何学 术机关作鉴定。 研究生签名 日期 AFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATION Ideclare that this dissertation, ted in fulfillment of the requirements for the award of master, in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been ted for qualification at any other academic institute. Signature Date 山东科技大学工程硕士学位论文摘要 摘要摘要摘要摘要 岱庄生建煤矿 314、324 采区位于岱庄井田北翼，当 3 上的 31402 工作面推进 86m 时，顶板淋水中含有大量的细沙、黄泥，出现了异常的重大突水征兆。我们利 用 CT 坑透，结合矿井裂隙发育规律，分析判明了异常出水的原因。根据查明的异 常出水的原因，及时进行了井下强排水，使该工作面正常推进回采结束，但采空 区内赋存了大量的老塘水，给 3下200 余万吨的煤炭资源的回收带来重大的水害隐 患。要想顺利回收这部分煤炭资源，就要采取多种技术手段来解除这个重大的水 患威胁。 为解决这一问题，保证安全生产，主要开展了以下工作。首先，利用排除法 结合 CT 坑透、结合矿井裂隙发育规律对采面异常出水的原因进行判明，然后，进 行是否形成托板及在具托板条件下采空区充水系数取值的探讨，计算出较合实际 的积水量，采取封孔新工艺对大仰角钻孔实施安全封孔，进行打透积水体时卡钻 的应急安全处理，研制出井下探放水钻孔专用防喷装置，采取预留煤柱等措施， 实现了水淹积水区下工作面的安全回采，使 324 采区的近 200 万吨的煤炭资源得 到及时回收。 本次水淹积水区下工作面的安全回采，为我矿以后的类似水文地质条件下的 工作面的安全回采积累了成功的防治水经验，避免了采掘比例关系的不平衡现象。 关键词关键词顶板淋水； 裂隙；CT 坑透；钻孔启封；冲洗液 ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT 山东科技大学工程硕士学位论文摘要 Mine sections 314 、 324 of Daizhuang mine of the prison lay in the north of Taizhuang mine. When the working face 31304 on 3 pushed 86m, there are a lot of silver sands and yellow mud in the roof water, which is the sudden flooding sign. Although using the CT pit percolation, we need analyze and ascertain the exception effluent reasons joining mine cranny develop rules. Based on the finding-reasons and underground drainage, the face ends the mining in gear but the goaf stores a lot of goaf water that takes fatal water harm hidden trouble to the more than 2000 thousand tons coalrecovery.Ifwewanttorecoverthesecoalallright,wemusttake multi-technologies to relieve the water harm hidden trouble. To resolve this problem and ensure the safety production, we do the thereinafter work.Firstly,usingremovingandCT technique,combiningwiththe developing law of mine’s fracture, we ascertain the reason of exceptional outflow of water in the working face. Then, we discussifsplint will be ed, and confirm the numerical value of watered modulus in the goaf at the condition of having splint. Meanwhile, we work out the volume of seeper, take new technics of enveloping holes to implement safety enveloping holes for big elevation drill, make sure the drills’ safety when the seeper body was rifted, develop a special equipment of preventing spurt used in the drill of plumbing and emitting water, use some technique such as leaving the coal column. Through our endeavor, the coal in area of seeper has been mined safely, so about 0.2 million coal in mine section 324 has been reclaimed. This technique, which makes the coal in area of seeper be mined safely, gives us some experience in water-control at the similar situation. That avoids the lopsided phenomenon of mining proportion. KeywordsKeywordsKeywordsKeywords roof water; fracture; CT pit percolatio; drill’s open the envelop; fluid 山东科技大学硕士学位论文目录 目录目录 1 1 1 1 绪论绪论绪论绪论1 1.1 课题的提出及意义1 1.2 研究现状2 1.3 课题的主要研究内容和技术路线.4 2 2 2 2 结合结合结合结合 CTCTCTCT 坑透快速治理采面流黄泥细沙异常出水坑透快速治理采面流黄泥细沙异常出水坑透快速治理采面流黄泥细沙异常出水坑透快速治理采面流黄泥细沙异常出水6 2.1 CT 坑透的原理和有关参数6 2.2 发生采面异常出水的 31402 面地质条件简介6 2.3 利用 CT 坑透快速排除工作面“陷落柱”构造导水的可能性9 2.4 对 31402 工作面出水异常情况的最终判明9 3 3 3 3 具托板条件下采空区充水系数的合理取值具托板条件下采空区充水系数的合理取值具托板条件下采空区充水系数的合理取值具托板条件下采空区充水系数的合理取值11 3.1 采空区充水系数的影响因素11 3.2 顶板托板存在对充水系数取值的影响12 3.3 对托板是否存在的判定12 3.4 托板对充水系数取值的影响13 3.5 充水系数及积水量的计算14 4 4 4 4 对探水钻孔常规封孔工艺的改进和成功应用对探水钻孔常规封孔工艺的改进和成功应用对探水钻孔常规封孔工艺的改进和成功应用对探水钻孔常规封孔工艺的改进和成功应用16 4.1 钻孔封孔的常规工艺及缺点16 4.2 简易快速封孔的新方法在生产中的应用16 5 5 5 5 大流量老塘水冲击下卡钻事故的安全快速处理大流量老塘水冲击下卡钻事故的安全快速处理大流量老塘水冲击下卡钻事故的安全快速处理大流量老塘水冲击下卡钻事故的安全快速处理19 5.1 开钻前的安全技术准备.19 山东科技大学硕士学位论文目录 5.2 卡钻现象发生的原因20 5.3 对关闭孔口闸阀时卡钻的应急安全处理21 5.4 经济效益和社会效益22 6 6 6 6 井下探放水钻孔专用防喷装置的研制和应用井下探放水钻孔专用防喷装置的研制和应用井下探放水钻孔专用防喷装置的研制和应用井下探放水钻孔专用防喷装置的研制和应用24 6.1 问题的提出和项目的立项24 6.2 卡钻现象发生的原因24 6.3 简易防喷装置的成功研制和应用24 6.4 防喷装置在探放 31402 老塘水中的成功应用26 7 7 7 7 水淹积水区下工作面的安全防治水水淹积水区下工作面的安全防治水水淹积水区下工作面的安全防治水水淹积水区下工作面的安全防治水29 7.1 工作面防治水方案的确定29 7.2 工作面防治水措施的制定与实施30 7.3 效益与经验32 8 8 8 8 结论与建议结论与建议结论与建议结论与建议.34 8.1 结论34 8.2 建议35 致谢致谢致谢致谢37 参考文献参考文献参考文献参考文献38 山东科技大学硕士学位论文目录 ContentsContentsContentsContents 1 1 1 1 IntroductionIntroductionIntroductionIntroduction..............................................................................................................1 1.1 The meaning and intention of the project......................................................................1 1.2 The current situation of the project.........................................................................................2 1.3 Technical course and mine content of this research................................................................4 2 2 2 2 MMMManageanageanageanage thethethethe abnormityabnormityabnormityabnormity ofofofof yellowyellowyellowyellow mudmudmudmud andandandand silversilversilversilver sandsandsandsand fleetlyfleetlyfleetlyfleetly usingusingusingusing thethethethe CTCTCTCT..............6 2.1 The elements and parameters of CT..............................................................................6 2.2 The geologic condition of working face 31402 where the exceptional effluent was happened..6 2.3 eliminate the tectonic guide water of cave-in pillar in working face fleetly using CT..9 2.4 The final estimation for the exceptional effluent in working face 31402...9 3 3 3 3 C C C Confirmonfirmonfirmonfirm thethethethe numericalnumericalnumericalnumerical valuuuue ofofofof waterwaterwaterwater fillingfillingfillingfilling modulusmodulusmodulusmodulus inininin thethethethe goafgoafgoafgoaf atatatat thethethethe conditionconditionconditioncondition ofofofof havinghavinghavinghaving splintssplintssplintssplints......................................................................................................11 3.1The factors having influence for the value of water filling modulus in the goaf...11 3.2 The influence of roof splint for water filling modulus....................................................12 3.3 Confirm the existence of splint..................................................................................12 3.4 The influence of splint for water filling modulus..........................................................13 3.5 The account of water filling modulus and the volume of hydrocele..................................14 4 4 4 4 T T T Thehehehe developmentdevelopmentdevelopmentdevelopment ofofofof generalgeneralgeneralgeneral artsartsartsarts andandandand craftscraftscraftscrafts ofofofof envelopingenvelopingenvelopingenveloping holeholeholehole ofofofof drilldrilldrilldrill andandandand applicationapplicationapplicationapplication ofofofof it it it it.......................................................................................................16 4.1 The general arts and crafts of enveloping hole of drill and its disadvantages......................16 4.2 The application of new technique in production............................................................16 5 5 5 5 F F F Fastastastast andandandand safesafesafesafetyty tyty disposaldisposaldisposaldisposal ofofofof clippingclippingclippingclipping drilldrilldrilldrill accidentaccidentaccidentaccident atatatat thethethethe impulsionimpulsionimpulsionimpulsion ofofofof a a a a greatgreatgreatgreat lotlotlotlot ofofofof seeperseeperseeperseeper......................................................................................................................19 5.1 The technical preparative before opening the drill.........................................................19 5.2 The reason of clipping drill.......................................................................................20 5.3 The lash-up and safe disposal of drill when the orifice of brake and clique is closed..21 5.4 The benefit of economy and society............................................................................22 6 6 6 6T T T Thehehehe developmentdevelopmentdevelopmentdevelopment andandandand applianceapplianceapplianceappliance ofofofof a a a a specialspecialspecialspecial equipmentequipmentequipmentequipment ofofofof preventingpreventingpreventingpreventing spurtspurtspurtspurt........24 6.1 The advance of the problem and the establishment of the project.....................................24 6.2 The reason of clipping drill.......................................................................................24 6.3 The development and appliance of a special equipment of preventing spurt.....24 6.4 The successful appliance of the equipment of preventing spurt in seeper 31402......26 7 7 7 7T T T Thehehehe safetysafetysafetysafety waterwaterwaterwater controlcontrolcontrolcontrol inin in in workingworkingworkingworking facefacefaceface belowbelowbelowbelow thethethethe seeperseeperseeperseeper....................................29 7.1 Confirm the water-control scheme in the working face...................................................29 山东科技大学硕士学位论文目录 7.2 Bring the water-control schemeinto effect.................................................................30 7.3 Benefit and experience.............................................................................................32 8 8 8 8 T T T Thehehehe conclusionconclusionconclusionconclusion andandandand advicesadvicesadvicesadvices.....................................................................................34 8.1 Conclusions...........................................................................................................34 8.2 Advices.................................................................................................................35 ThanksThanksThanksThanks............................................................................................................37 REFERENCEREFERENCEREFERENCEREFERENCE.............................................................................................................38 山东科技大学硕士学位论文绪论 1 1 1 1 1 绪论绪论绪论绪论 1.11.11.11.1课题的提出及意义课题的提出及意义课题的提出及意义课题的提出及意义 314、324 采区位于岱庄井田北翼，当 3上的 31402 工作面推进 86m 时，顶板淋水中 含有大量的细沙、黄泥，出现了异常的重大突水征兆。利用 CT 坑透，结合矿井裂隙发育 规律，分析判明了异常出水的原因是钻孔启封过程中的冲洗液顺裂隙流失，补给到该 工作面第三裂隙组并形成裂隙充填物，在 3上顶砂水弹性释放时，这些充填物随 3上顶板 砂岩补给水共同流入工作面，形成了较为独特的出水异常现象。由于查明了异常出水的 原因，及时进行了井下强排水，使该工作面正常推进回采结束，但采空区内赋存了大量 的老塘水，给 3 下200 余万吨的煤炭资源的回收带来重大的水害隐患。要想顺利回收这部 分煤炭资源，就要采取多种技术手段来解除这个重大的水患威胁。 通过对 3上采面是否具有形成托板的条件和托板是否长期稳定存在的分析与计算， 确 定了采空积水区内较合理的充水系数，准确计算积水量来保证矿井安全防治水。因断层 和顶砂水的影响，工作面跳采后形成“相似”的条带开采，并具有符合形成托板的岩层 和形成托板的采留比，这就是地表下沉值较小的原因，为岱庄井田下一步回采村庄下压 煤提供了有关参数。合理地选择采空区的充水系数是计算积水量的关键，也是矿井的安 全防治水的重要环节之一。 针对常规封孔时工艺复杂、多次扫孔、砂浆固结时间长、封孔耗材大、扫孔试压容 易跑水、工序繁杂等缺点，利用改进套管加工、套管预装砂浆、推板挤入试支柱升牢等 方法，对钻孔实施简易、快速、安全封孔，与常规的封孔方法相比较，这种套管预装砂 浆、推板挤入的封孔新工艺，封孔时间短，耗材少，焊接推板和封孔操作均简单易行。 在 324 泄水巷钻透 3上老塘撤钻时出现卡钻事故，放水钻孔的瞬间流量可达 385m 3/h、水 头压力为 0.71Mpa 的水力冲击下，套管没有松动和漏水，保证了应急处理卡钻事故的顺 利进行。 保证了对 3上45000m 3老塘水的安全疏放，解除了 324 采区北翼各面的水患威胁， 使近 30 万吨煤炭资源得以顺利安全回采，并且推广应用到该矿其它 19 个地点均应用成 功，经济效益巨大。 在 0.71Mpa、流量 385m 3/h 的老塘水冲击下，MYZ-150 钻机的夹持器不能正常拆卸等 原因导致卡钻， 采用关闭孔口闸阀使阀芯抵住导向杆等应急措施，进行了安全快速处理， 保证了矿井安全生产。当采取简单易行的应急措施关闭孔口闸阀时，施工地点的水位已 上涨0.46m。 距 37KW的抽水大泵的电机仅余 0.1m， 再有10min 不能关闭孔口闸阀， 45000m 3 山东科技大学硕士学位论文绪论 2 老塘积水以 385m 3/h 的流量全部顺钻孔下泄， 46min 内则完全淹没 324 泄水巷，后果不堪 设想。由于现场指挥得力，应急措施得当，获得了较好的经济效益和社会效益。 根据煤矿地质测量工作条例的有关规定，在水压小于 1Mpa 的探放水施工时可以 不加防喷装置.根据该矿这次事故的技术经验，在小于 1Mpa 的探放水施工时，是否可以 对原先较为笨重的防喷装置进行技术改造，以达到“既能简单易行操作、又能满足安全 生产需要”的目的。利用简易防喷装置可以自由地控制流出水量的大小、改善作业地点 的工作环境，以保证安全生产。 （1）这种装置在该矿的 32304 探放 31402 工作面老塘水 中得到了成功应用，安全地放出了 25600m 3的老塘水，利用该装置，可以自由地控制钻 透老塘后的水流大小，使钻孔的自流水量由 385m 3/h 减少到不足 2m3/h，避免了淹没巷道 等事故，确保了矿井的安全生产，解放了 32304 工作面近 20 万 t 的煤炭资源，获得巨大 的经济效益。 （2）利用简易防喷装置，施工人员避免了视线不清、水中操作等不安全因 素，极大地改善了操作人员的工作环境和工作条件，较好地完成了放水施工中有害气体 的预防和措施的落实工作。 针对邻面采空区无法排除的 4300m 3 老空积水，采用留设防水保护煤柱、预计安全推 进位置线、工作面初采调斜、施工水位观测孔、加强动水抽排等专项防水措施，实现水 淹积水区下工作面的安全回采。由于严格按照矿井防治水安全检察实施细则第十七 条的有关规定制定了专项防治水措施，精心计算留设煤柱，反推有可能出现的最大水淹 面积，采取了一系列切实可行的防治水措施，从而使工作面安全地推进到预计的安全水 位线，取得了矿井防治水的又一次重大胜利。多回收了 3.6 万吨的煤炭资源，获得了巨 大的经济效益。降低了施工人员的劳动强度。由于进行了水淹积水区下采面的安全防治 水工作，避免了用多泵多级抽排老塘水和采煤时因煤泥影响而出现的费时、费力的频繁 挪泵、换泵现象，大大降低了施工人员的劳动强度，并为北侧 32418 工作面的正常掘进 及回采工作提供了安全保证。本次水淹积水区下工作面的安全回采，为矿井以后的类似 水文地质条件下的工作面的安全回采积累了成功的防治水经验，避免了采掘比例关系的 不平衡现象。 1