灰岩赋水性数理统计分析及突水防治.pdf

第3 4 卷 第9 期 煤 矿 安 全 2 0 0 3 年9 月 安 全 技 术 文章编号 1 0 0 3 4 9 6 X 2 0 0 3 } 0 9 0 0 2 80 3 灰岩赋水性数理统计分析及突水防治 李冲， 王颜红 ■ 淮北矿业集 团桃 园煤矿 ， 安徽 淮北 2 3 4 1 1 6 ， 摘要 通过对淮北矿业集团桃 园煤矿 1 0煤层底板灰岩赋水性的数理统计与分析并结合本矿 多 年来打钻放水泄压及注浆加固等综合治理手段， 探讨出一条行之有效的防治水之路， 对灰岩水的 防治及治理具有一定的指导意义。 关键词 灰岩赋水性 ； 数理统计分析 ； 突水治理 中图分类号 T D7 4 5 ． 2 文献标识码 B 1 概 况 淮北矿业集团桃园煤矿位于安徽省宿州市南 郊 ， 属于宿南 向斜的西翼。宿南 向斜形似弯钩 ， 由 于受构造应力作用， 在本矿井北部形成了两大平 移正断层 F 。 和 F 2 及其派生的 F 3 和 F 4中型正断 层 ， 如表 1 。 桃园煤矿是淮北矿业集 团一座新型矿井， 主 采煤层为 1 0 煤 ， 其储量占矿井总储量的3 5 ． 7 ％， V、 ／ 、 ， 、 ， V、 ／ V、 ／ V 表 1 桃园煤矿主要断层情况一览表 断层名称 性质 走 向 倾 向与倾 角落差／ m 1 0煤层不仅厚度 大， 且赋存稳定。 由于 1 0煤 层 离其下部太原组灰岩仅有5 0 6 0 IT I 之隔， 距离奥 上述表中所列的数据均是在密封装置寿命和 强化试验之后 所得。强化试验是 给密封装 置加 6 0 0 k N的中心负荷和 3 0 0 k N的偏心 偏 2 0 mm 负荷 ， 循环 1 0 0次 ， 密封件未出现损伤 。用 1 ． 1 倍 的额定负载 ， 循环 2 5 0 0次 ， 每次有效升柱行程为 3 5 mm， 累计 7 0 I T I ， 支柱升到最高位 ， 在支柱锈蚀 最严重的部位加载 ， 经高低压 1 6 h密封试验 ， 无 一 出现泄漏 ， 对试验后的密封件拆检 ， 除一个上部 有轻微损伤外， 其它均完好无损， 各项指标均符合 MT1 1 2 8 5的要求 。 此外 ， 应用 自助补偿技术 的密封装置在很 多 局 、 矿通过现场使用后证明 ， 密封效果好 ， 无泄漏， 单体支柱使用 寿命 延长， 尤其 大大降低 了单体支 柱的报废率 。 3 结论 1 自助补偿移动密封装置的设计合理 ， 结构 2 8 简单 ， 能 自动补偿 ， 密封性好 ， 性能可靠。 2 该项技术对缸内表面锈蚀、 损伤、 变形 受 力失衡等条件具有极强的适应能力， 可广泛应用 于新、 旧设备上， 将大大延长设备的使用寿命及降 低设 备的报废率 。 3 利用 自助补偿原 理 ， 通过合 理 的结 构设 计 ， 此项技术可广泛用于液压设备 的移动密封装 置中。 4 该密封装置工艺简单 ， 材质要求低， 制造 容易， 安装方便 ， 易于推广。 作者简介 王春志 1 9 6 3一 ， 男， 副教授 ， 1 9 8 6年毕业 于阜新矿业学院， 现职于北京广播学院， 主要从事教学、 科研 工作。 收稿 日期 2 0 0 3 0 5 1 8 ； 责任编辑 金丽华 维普资讯 第3 4 卷第9 期 煤 矿 安 全 2 0 0 3 年9 月 陶系灰岩 也只有 1 5 0～2 0 0 m， 因而灰 岩水对 1 0 煤层开采产生 了威胁 ， 再加上煤层在开采过程 中， 受到构造 、 岩性 、 采矿活动等因素影响 ， 使得底板 应力场重新分布 ， 导致 底板某些地段 出现 了破碎 薄弱带 ， 从而形成灰岩水突水通道 ， 不利于安全生 产。桃园煤矿 自 投产以来， 底板突水时常发生， 二 采区 1 0 2 2 、 1 0 2 3 、 1 0 2 4 、 1 0 2 6工作 面多 次突水表 明， 灰岩含水层突水， 不仅水量大， 而且来势凶猛， 造成的经济损失以千万元计。 2 回采工作面涌水与放水情况统计及分析 桃园煤矿自1 9 9 5 年 1 1 月 1 5日 投产以来， 工 作面在 回采期 间涌水及放水孔放水情况 ， 详见表 2。 表 2 1 0煤层各工作面涌、 放水情况 采区 酢面 放 数 出水水源 通过表 2 ， 不难看 出， 一 采 区 回采 9个 工作 面， 仅 1 0 1 8工作面发生过一次砂岩出水 ， 且水量 不大 ， 9个工作面共计施工 5个放水孔 ， 放水孔很 小 ， 最大单孔 出水 量仅 1 ～2 m3 ／ h ， 几乎无水 ； 二 采区 1 0煤层回采 7个工作面 ， 其 中有 4个工作面 灰岩出水 ， 不仅出水量大 ， 而且 出水次数较多 ， 最 大 出水量达 5 6 5 m3 ／ h ， 施工放水孔共计 1 0个 ， 放 水孔出水 量也较大 ， 最 大单孔 出水量 1 0 4 m3 ／ h ； 四采 区 目前 仅 回采完 1 0 4 1工作面 ， 1 0 4 2工作面 正在 回采 ， 虽然工作面回采期 间没有出水 ， 但其老 塘均有灰岩水涌出 ， 而为工作面施 工的放水孔虽 水压有所降低 ， 但水量并未减小。上述迹象表明 桃 园矿 1 0煤层底板灰岩水二采区比一采区丰富 ， 四采区又 比二采区丰富。 3 1 0煤巷道掘进期间涌水量情况统计分析 桃园矿生产采区为一 、 二、 四采区， 一采 区 1 0 煤层巷道施工期 间从未发生过底板出水现象 ， 只 偶尔 的巷道 顶 板 淋水 或滴 水 ； 二 采 区 1 0煤 层 1 0 2 2里机巷断层导水 ， 涌水量 5 ． 0 m3 ／ h ， 1 0 2 4里 机巷 多次底板 出水 ， 总涌水量 1 5 ． 0 m 3 ／ h， 1 0 2 5机 巷底板 2处 出水 ， 涌水量 3 ～5 m3 ／ h ； 四采 区 1 0 4 1 里机巷小断层导水 ， 涌水量 2 ～3 m3 ／ h ， 在轨道巷 揭露一直径为5 0 --7 0 m的导水陷落柱， 涌水量为 3 ～4 m3 ／ h ， 1 0 4 2机巷、 轨道巷掘进期间多处底板 出水 ， 各 出水点水量 为 4 ～5 m3 ／ h左右 ， 风巷 、 机 巷 、 轨道巷停头处均出现断层导水现象 ， 水质分析 结果均为灰岩水 ， 涌水量 为 2 5 m3 ／ h左右。上述 情况表明 桃园矿 1 0煤底板灰岩水北部采区比南 部采区丰富 ， 底板导水性增强 ， 而且往北灰岩富水 有加强 的趋势 。 4 1 0煤层回采工作面底板注浆加固情况分析 桃园矿 自1 9 9 7年 3月 1 5 E l 二采 区 1 0 2 2工 作面底板突水淹面 以来 ， 先后有 1 0 2 3 、 1 0 2 4 、 1 0 2 6 工作面发生过底板突水， 多次造成工作面停产改 造， 造成重大的经济损失与人员伤亡。针对这种 情况 ， 集团公 司、 矿领导适时提出了“ 先查 、 后 治、 再 回采” 的 1 0煤 层开 采 防治水 方针 ， 并逐 步在 1 0 2 4 1 0 2 5 1 0 2 6 l O 2 22 1 0 1 3 1 0 4 1 、 1 0 1 9、 1 0 4 2 等工作面实行放水泄压与底板注浆加固工程 。注 浆情况如表 3 。 表 3显示 了 1 0煤 各 回采 工作 面 的注浆 量。 单孔注浆量四采 区大于二采区 ， 二采区大于一采 区。 反映了 1 0煤层底板裂隙发育程度二采区大于 一 采区 ， 四采区大于二采 区， 即桃 园矿北 部采区 1 0煤层底板导水性大于南部的一个重要原因。 5 1 0煤层底板灰岩水导水通道分析 1 断层通道。位于矿井北翼的 F 2 断层是一 条具有平移性质的张性正断层 ， 受其影响 ， 断层下 2 9 维普资讯 第3 4 卷第9 期 煤 矿 安 全 2 0 0 3 年9 月 表 3 1 0煤层各工作面底板注浆情况 盘发育着大小不等 的导水断层 。且越接近 F 2 断 层 ， 中小断层越发育 ， 断层导水性也越强。二采 区 1 0 2 2 机巷断层导水涌水量 5 ／ h ， 工作面回采推 进至该断层时， 灰岩水从断层带内涌出， 水量 1 2 0 ／ h 。四采 区 1 0 4 2风巷 、 机巷、 轨道巷停头 处揭 露落差为 7 m 的导水正断层 ， 风巷 、 机巷 、 轨道巷 揭露 断层处出水量分别为 5 ／ h 、 1 2 ／ h 、 2 5 ／ h 。说 明断层是导水通道。 2 裂 隙通道 。裂隙的形成有两种途径 一是 经过褶皱、 断层作用形成 ； 二是开采过程中， 在顶 板 冒裂带范 围 内。 以及在 底板破坏范 围内形成。 桃园煤矿井田内这种底板裂隙通道对矿井充水构 成威胁较大。二采区 1 0 2 2工作面第一次底板破 坏裂隙突水 ， 1 0 2 3 、 1 0 2 4 、 1 0 2 6工作面底板破坏突 水 ， 1 0 4 2轨道 巷底 板裂隙多处 出水 ， 北六大巷顶 底板裂隙出水皆属此类。 3 岩溶通道 。由于地 下水 流在太灰和奥灰 的岩溶裂隙问运动， 形成不同规模的岩溶通道， 构 成对矿井水害的问接通道 ， 它通 过断层通道的沟 通， 使得太灰水和奥灰水直接通向矿井。 此外， 还包括陷落柱， 这种通道切穿岩层深度 大， 对各含水层具有沟通作用 包括 松散层水 、 砂 3 1 岩水及灰岩水 ， 一旦与其它突水通道沟通将对矿 井安全生产构成重大威胁。 6 1 0煤底板灰岩水突水防治 鉴于桃园矿 l 0 煤底板灰岩水赋存的不均一 性 ， 结合近几年的生产实际 ， 针对 1 0煤底板灰岩 水突水的机理 ， 提出以下防治水措施 。 1 坚持以解决采区和工作面为重点， 以“ 以 查带治 、 边查边治 、 治 中有查 、 查治结合 ” 为原则 ， 进行 1 0煤底板防突水的防治 。 2 建立完善的太灰、 奥灰、 四含水位观测网， 定期观测各含水层水位； 加强与祁南矿 、 祁东矿等 相邻矿井的有关技术资料交流， 形成一个区域性 的水位动态 网， 以便分析 、 研究太灰、 奥灰 、 四含的 水文地质特征 ， 对防治水做到胸中有数 。 3 ／ m 强 1 0煤层底板灰岩水直流电法等探测 工作， 查清底板灰岩富水区及异常带， 在工作面风 巷、 机巷- 腰巷 或切眼实施底板钻孔注浆加固工 程， 增大底板强度； 在大巷、 石门或工作面轨道巷 靠近收作线附近底板富水区施工放水卸压钻孔 ， 对含水层进行降压 ， 减小对有效隔水层的压力 。 4 1 0煤层工作面开采， 必须有完善的出排 水系统 ， 一旦 出水 ， 能及时将水排除矿井 ， 确保矿 井安全 。 5 用新的注浆材料快速封堵突水水源 。 作者简介 李 冲 1 9 6 5 一 ， 男， 安徽涡阳人 ， 淮北矿 业集团桃园煤矿综合科助理工程师， 从事企业标准方面 的研 究工作 。 收稿 日期 2 0 0 3-0 31 7 ； 责任编辑 梁绍权 维普资讯