五阳煤矿承压水探放技术研究及设计_图文.doc

第36 卷第2期 煤炭科学技术 Vol 136 No 12 2008年 2月 COAL SC I ENCE AND TECHNOLOGY Feb . 2008 五阳煤矿承压水探放技术研究及设计 程书宏1 ,刘仰光 2 11潞安环保能源开发股份有限公司五阳煤矿,山西长治 046205;21中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221116 摘 要基于探放水原则和煤矿安全生产特点,介绍了在煤矿开采工程中几种需要进行超前探水的情况。结合潞安五阳煤矿的地质情况,计算了探放水留设安全隔水煤柱的距离,并详细制定了高承 压水探放技术方案和探水前需要注意的准备工作事项。同时,为保证探放水过程的安全性,还设计了双套管探放水技术和能提高排水效率的水杆分离器装置。关键词探水;钻孔;超前距;套管中图分类号T D744 文献标志码A 文章编号0253-2336200802-0098-03 Research and desi gn on detecti on and dra i n age technology of pressur i zed wa ter i n W uyang M i n e CHE NG Shu 2hong 1 ,L IU Yang 2guang 2 1.W uyang M ine,L u ’an Environm ental Energy D ev .Co .L td .,Changzhi 046205,China; 2.School of Resources and Geosciences,China U niversity of M ining and Technology,Xuzhou 221116,China AbstractBased on the water detecti on and drainage p rinci p le and the m ine safety p r oducti on features,the paper intr oduced several water p re 2detecti on conditi ons required f or the m ining operati on p r ojects . I n combined with the geol ogical conditi ons in W uyang M ine of Lu ’ an,the paper calculated the distance f or the safety water is olati on coal p illars f or the water detecti on and drainage and detail set up the technical p lan for the high p ressurized water detecti on and drainage and the p reparati on ite m s noted before the water detecti on and drainage operati ons .Mean while,in order t o ensure the safety of the water detecti on and drainage operati ons,a double casing detecti on and drainage technol ogy and a water and r od packer device which could i m p r ove the water drainage rate were designed .Key wordswater detecti on;borehole;advanced distance;casing 基金项目国家重点基础研究发展规划973资助项目 2007CB209406;国家自然科学基金资助项目40674074 1 概 述 山西潞安环保能源开发股份有限公司五阳煤矿地质构造复杂,据有关地质资料估计,钻孔水压约413MPa,施钻时需设计合理的探放水方案和防喷 控制装置,否则,极有可能因高承压水从钻孔冲出而发生机械或人身安全事故。本文主要内容是针对具体的地质条件,设计了探放水方法和防喷装置以确保放水过程的安全。 探放水原则是“有疑必探,先探后掘”。探放水虽然是防止水害的重要方法之一,但这项工作并不能把所有的水害威胁都探明,例如断层迟到突水,必须在全面分析水文地质资料之后,才能做出 有无可能发生水害的结论。 通常在下述情况下需要进行超前探水①巷道掘进接近采空区;②巷道接近含水断层;③巷道接近或需要穿过强含水层;④上层采空区有积水,在下层进行采掘工作,两层间垂直距离小于回采工作面采高的40倍或小于掘进巷道高度的10倍时;⑤采掘工作面接近各类防水煤柱时,必须提前探水,以确保煤柱尺寸的准确;⑥采掘工作面有明显出水征兆时,应停止掘进,进行探水。 2 超前距离的确定 超前距离可按下式进行计算 a 015AL 3P K P 式中 a 巷道掘进面或侧帮至含水层、含水构 造之间的安全隔水岩柱或煤层宽 8 9 程书宏等五阳煤矿承压水探放技术研究及设计2008年第2期 度,m; A安全系数,一般取25; L巷道跨度宽或高取最大值,m; P水头压力,MPa; K P隔水层平均抗张强度,MPa。 取A4,L214m,水头压力P413MPa, 隔水层平均抗张程度为K P 112MPa,则由上式计 算出探水线的超前距为a15175m。根据水头压 力和井下探放水技术规范1996的规定,超 前距离最小距离不小于20m,水压大于2MPa时 应按每增加011MPa增加0151m,则超前距离 为30m。 表1 沿岩层探断层水、强含水层水时的 超前距和止水套管长度 水压/ MPa 钻孔超前距/m 水平垂直 止水套管 长/m 3201515 3 高承压水探放技术方案 1开孔。开孔前要重新标定钻机定轴方位和倾角,然后用直径42mm钻杆,接直径108mm钻头开孔。钻进至812m时停钻,准备下套管。按煤矿防治水工作条例的规定,沿岩层探断层水、强含水层水时的钻孔超前距和止水套管长度应按表1执行。 2注浆固套管。将直径89mm长8m套管前方接直径89mm锯齿钻头,边回转边下入孔内,在进入到最后3m套管时,要缠上海带,在制浆容器内制好水泥浆,要求水泥浆的水灰比为1∶1,容重16kN/m3,然后用注浆泵将水泥浆压入套管内,当水泥浆由套管外环间隙返浆到孔口时,停止注浆,用碎布捣实。停23m in后再补注1次,如图1所示。 3试压试验。套管水泥养护一个星期后,用钻头将套管内水泥柱扫清,套管外口接注水试压设备,直到套管内水压达到510MPa时停止测压。如测压时压力值未到510MPa而套管外漏水, 需采取 1套管;2海带;3压力表;4闸阀;5钻杆 图1 探水装置示意 注浆加固补救措施。 4孔口管控水。套管经试压没问题后开始探水。套管外端依次用法兰盘连接两通、球形高压闸阀抗压能力614MPa,然后将直径42mm钻杆接直径60mm钻头下入孔内进行扫孔,并将剩余孔段打透。探出水后,如水压水量不大,继续向前钻进35m后停钻,此时,防喷反压装置应安装完毕,然后由钻机配合慢慢退出钻具。待钻头从球形高压闸阀4内退出以后图1,立即关闭闸阀4,稳定10m in后记下水压值,然后连接三通、右闸阀及上闸阀图2,连接完毕后关闭右闸阀7,打开左闸阀4、上闸阀6进行放水,图2中箭头指向水流方向 。 1套管;2海带;3压力表;4左闸阀;5三通; 6上闸阀;7右闸阀 图2 放水结构示意 5双套管结构设计。在放水过程中,由于煤体较软,堵孔、塌孔较为严重,而疏通孔既困难、麻烦,又较危险。为解决放水过程中的堵孔、塌孔难题,可采用双套管放水技术,即在原套管控水的基础上,再下一层套管图3。 在安装双套管放水设备时,将直径73mm厚壁套管前端接直径75mm的合金锯齿钻头,用150型钻机带动套管直接钻进,将套管一直下到采空区内2m,将套管固定,并与直径89mm套管连为一体,在直径73mm套管外端接高压球形闸阀抗压强度614MPa,再用钻杆接直径60mm钻头, 99 2008年第2期 煤炭科学技术 第36卷 图3 双套管结构示意 将直径73mm 套管内的煤渣扫净,然后进行放水。 4 探水前准备工作 1做好探水地点顶板管理,加强支护,在孔 V I 管周围钉上栏板,以防高压水夹带杂物喷出伤人。 2在探水前,对供电系统、排水系统检查,确保在探放水期间。供电平稳,水泵运转正常。 3刷帮创建探水工作面,操作台应设在探水眼侧边,预防高压水喷出伤人。 4做好巷道、水沟清理。保证涌水量较大时,巷道水沟沿路不被杂物堵塞,利于畅通。 5准备足够的坑木、黄土用袋装、砂袋,以作临时挡水墙和探水工作面加固之用。 6做好各项应急预案工作,如指挥部的建立、受水威胁的工作面联络、确定避灾路线、救护队待命、供电和排水的应急措施等。 图4 水矸分离器示意 5 排水安全措施 当需要排水时为防止排水管堵塞,需使用水矸 分离器来过滤水中的大块矿渣并使浑浊物沉淀,设计制作的水矸分离器如图4所示,待分离器底部矸石堆积过多时,关闭孔口闸阀,将废渣清空再进行放水。抽水时准备两台水泵,一台使用,另一台备用;水泵的排水能力要大于孔口放水量。 为兼顾防止水管堵塞及排水速度,滤网网孔的大小应精心设计。 6 结 论 1从沿岩层探断层水、强含水层水时水压、超前距和孔口管长度的关系知由于部分水压达到413MPa,因此应选择止水套管大于8m 长,同时,隔水煤柱应为2530m 。 2因水压较大,选用抗压能力为614MPa 的高压闸阀,套管外端接阀门,再接三通以保证有控制放水。 3在放水时,为兼顾速度与安全,在孔口外部需要使用水矸分离器,该分离器可清除水中岩屑,使管道畅通。 4在放水过程中,若发生堵孔、塌孔等难题,而疏通孔既困难、麻烦,又较危险时,可采用双套管放水技术,该方法不仅能较好地解决堵孔、塌孔等难题,而且放水速度快。 参考文献 [1] 柴登榜1矿井地质工作手册[M ].北京煤炭工业出版 社,1984. [2] 张宏敏,李树伟1煤矿探放水分析[J ].矿业安全与环保, 20064. [3] 林丁道1浅析液压探水钻机在矿井探放水中的应用[J ]. 能源与环境,20072. [4] 郑 纲1高承压水上采煤工作面斜长的确定方法[J ].煤 田地质与勘探,20034. [5] 刘 城,刘学征1深部承压水体上煤层综合机械化开采技 术实践[J ].山东煤炭科技,20066. [6] 王宗梅1煤矿安全生产与矿井地质工作[J ].煤,2004 1. [7] 周相昌1坑道钻进技术在矿井探放水中的应用[J ].能源 与环境,20054. [8] 黄荣南,邹清林1浅析矿井老空探放水方法和措施[J ]. 安全与健康,200421. [9] 张 瑞1如何进行回采工作面的探放水[J ].科技情报开 发与经济,20061. [10] 蔡镇章1矿井探放水工程实践与思考[J ].能源与环境, 20065. 作者简介程书宏1965-,男,山西武乡人,高级工程师,主要从事煤矿防治水的研究及治理工作。Tel158********, E -mailyangonliu1631com 收稿日期2007-11-18;责任编辑曾康生 01