煤矿底板奥灰水害防治分析.pdf

2020 年第 6 期2020 年 6 月 收稿日期2020-04-15 作者简介姚晋冬，1981年生，男，山西大同人，2016年毕业于山 西大同大学采矿工程专业，助理工程师。 煤矿底板奥灰水害防治分析 姚晋冬 （ 同煤集团忻州窑矿探放水队，山西 大同 037041 ） 摘要 以煤矿底板奥灰水害防治为对象开展分析，结合具体工程实际，在分析作业面底板突水情况的基础上，对作 业面注浆堵水作业开展全面总结，并对其应用效果做出探究。结果表明，通过注浆作业实现了对作业面奥灰水害问题的 有效防治，提升了作业安全性，为矿井综合效益的增加提供了有力保障。 关键词 煤矿；奥灰水；突水分析；水害防治 中图分类号 TD745.2文献标识码 A文章编号 2095-0802-202006-0025-02 Analysis on the Prevention and Control of Ordovician Limestone Water Disaster in Coal Mine Floor YAO Jindong Water Exploration and Drainage Team of Xinzhouyao Coal Mine, Datong Coal Mine Group, Datong 037041, Shanxi, China Abstract This paper analyzed the prevention and control of Ordovician limestone water disaster in coal mine floor. Combined with the actual project, based on the analysis of the water inrush from the floor of the working face, it comprehensively summarized the grouting and water blocking operation in the working face, and made a study of its application effect. The results show that the grouting operation can effectively prevent and control the water disaster of the working face, improve the safety of the operation, and provide a strong guarantee for the increase of the comprehensive benefits of the mine. Key words coal mine; Ordovician limestone water; analysis of water inrush; prevention and control of water disaster （总第 177 期） 能源研究 奥灰水害问题作为威胁矿井生产安全的主要问题之 一，长期以来一直是矿井安全管理所关注的重点[1-2]，采 取针对性举措实现对奥灰水害问题的有效防治，对于 提升矿井生产作业安全，增加矿井综合效益有积极意 义，是矿井生产现代化发展的必然要求。 1工程概述 A 矿井下主采 2煤层和 4煤层，其煤质以焦煤和 肥煤为主，井下水文地质状况极为复杂 [3]。其中， 15449 作业面主采 4煤层，位于井下二水平北部采区。 该作业面使用薄煤层综采工艺进行回采，煤层厚度均 值为 1.4 m，倾角介于 15毅耀20毅之间，整个作业面走向 长度 620 m，倾向长度 130 m，埋藏深度超过 800 m。 在生产作业中，随着 15449 作业面的持续推移，其先 后多次发生底板突水现象，如何实现对其的有效防治 对于确保生产安全意义重大。 2作业面底板突水分析 2.1作业面采动应力影响分析 在 15449 作业面前 350 m 的回采推进过程中，先 后发生顶板来压现象 28 次，每次发生顶板来压时，作 业面都伴随有微震频率和能量指数短时间内快速升高 的现象，同时，通过观测钻孔发现水位增高，涌水量减小 且底板压力监测显示值增大。在所有来压过程中，压 力监测数值不小于 60 MPa，其中压力最大可达 100 MPa。 来压过后，作业面微震频率和能量指数快速降低，观测 水位下降，底板监测压力变小，同时作业面涌水量大幅 增加。通过对这一过程的分析不难发现，作业面在高应力 的持续影响下，围岩变化与作业面涌水量增减是正比例关 系。图 1 即为作业面水压变化与最大来压值关系示意图。 图 1作业面水压变化与最大来压值关系示意图 在采动影响下，随着 15449 作业面推移距离的增 加，其顶板在悬空到一定面积后[4]，作业面围岩原有的 平衡便会遭到破坏，这时围岩应力需通过重新分布的方 式实现新的平衡，主要表现形式为底板岩层出现剪切破 坏和顶板垮落现象。当这种扰动破坏达到底板岩体承载 极限时，岩体内部便会不断产生裂隙，这些裂隙还会在 围岩应力重新分布中不断延伸，进而对围岩渗透性产生 影响。 2.2底板出水原因和机理分析 根据矿井地质勘测可知，4煤层与下部奥灰水含水 层的间隔为 110 m，在回采过程中，作业面底板承受的 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 120 100 80 60 40 20 0 水压变化 最大来压 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 来压次数 25 2020 年第 6 期2020 年 6 月 （上接 24 页） 3结语 瓦斯是威胁煤矿安全的杀手，瓦斯治理是煤层安 全开采的重要内容之一。瓦斯治理是预防矿井发生瓦 斯爆炸的重要内容之一，其关键在于使巷道风流中的 瓦斯降低到安全浓度以下，而这是通过矿井通风实现 的。瓦斯爆炸必须满足 2 个条件，即瓦斯具有一定的 浓度和爆炸所需的能量。瓦斯治理的重点在于控制风 流中的瓦斯超限问题。重点分析了上隅角、掘进工作 面和回采工作面的瓦斯治理方法，以期为相关工作提 供一定的参考。 参考文献 ［1］ 王德明.矿井通风与安全 ［M］ .徐州 中国矿业大学出版社， 2009 87-88. ［2］ 朱杰.矿井通风以及瓦斯治理探讨 ［J］ .西部探矿工程， 2019， 319 113-115. ［3］ 魏亚飞.矿井通风与瓦斯治理技术的探讨 ［J］ .内蒙古煤炭经 济， 201816 102. ［4］ 王振国.矿井通风与瓦斯治理措施探究 ［J］ .山东工业技术， 201810 72. （ 责任编辑白洁 ） 奥灰水层压力不小于 11 MPa。随着回采作业的持续进 行，在回采作业的反复扰动下，煤层底板中的节理和 原始裂隙持续活化、张裂并延展拓宽，成为交错裂隙。 15449 作业面在巷道掘进期间先后揭露断层 5 条，这些 断层均含有微弱导水性，其中，2 条断层为沿走向分布 的正断层，落差均在 800 mm 左右；2 条断层垂直延伸 直至奥灰水含水层顶部，贯穿了整个底板隔水层。针 对这种情况，在回采应力的扰动下和底板承压水水压 的作用下，奥灰水会沿着裂隙不断向上导升，从而逐 渐沟通回采作业面，引发底板突水事故。 综合上述分析发现，造成 15449 作业面回采过程中 发生底板突水问题的原因在于作业面底板岩层中存在 贯通奥灰水含水层的微弱裂隙带，这些裂隙带在采动 和承压水压的双重影响下，不断拓展延伸，使得导水 裂隙带的导水性能不断增强，并最终引发突水事故。 315449 作业面注浆堵水分析 3.1注浆作业分析 针对 15449 作业面回采中存在的底板突水问题，设 计通过注浆加固技术进行处置。该技术主要指在回采 通过前对底板奥灰水含水层顶部 30 m 区域内的岩体进 行加固，在回采通过后对奥灰水含水层顶部 10 m 范围 内的岩体进行加固。结合 15449 作业面前期地质勘测结 果和水害机理分析可知，作业面内部存在两条走向分 布的正断层，这两条正断层会随着回采推移而不断发 育，采取注浆加固的方式主要是对这两条断层导水裂 隙带进行有效封堵。 注浆作业时，钻孔共布设 10 个，分 2 个阶段进行， 一阶段布设钻孔 4 个，用于对裂隙发育方向进行探明； 二阶段布设钻孔 6 个，结合钻孔涌水情况和实际地质 状况进行针对性注浆加固。单个钻孔的钻探深度介于 50耀60 m 之间。 3.2注浆设备分析 注浆钻孔施工作业选用型号为 ZDY3200S 的液压钻 孔设备，注浆使用型号为 SGB9-12 的矿井专用泥浆泵 进行注浆。各个钻孔布设时先以 113 mm 直径钻进 10 m，随后下入 108 mm 直径的注浆管 10 m，接着以 94 mm 直径钻进 30 m，并下入直径 89 mm 的注浆管 20 m，最后再以 75 mm 直径钻至终孔位置。 3.3注浆材料及工艺分析 注浆材料以散装水泥为主，使用标号为 32.5的早 凝水泥，配套使用水玻璃和砂子[5]。单个钻孔作业前必 须进行注水试验，以便根据钻孔实际涌水情况选择注 浆配比。一般来说，注浆浆液的水灰比为 0.6颐1～1颐1， 工艺流程为清水泵上水→制浆机上料→二次搅拌→压 入注浆孔。 在注浆作业时，由于注浆孔扩散范围难以掌握， 应当在初期先使用砂石固料充填突水裂隙，随后使用 水泥浆液进行封堵，水泥浆液封堵时应当结合钻孔注 浆点与突水点的距离和突水压力，确定注浆的初始浓 度和注入量，以便能够最大程度减少水泥消耗，节约 生产成本投入。在注浆过程中，还应当结合钻孔压力 和水位变化情况，适时调整所用注浆浆液用量。 3.4注浆效果分析 在完成对钻孔的注浆作业后，对所有钻孔出水量 进行观测汇总，并比对分析注浆前后的作业面涌水量。 通过比对分析可知，通过注浆作业，有效解决了作业 面突水现象，注浆封堵完成后，作业面后续回采中也 未再出现严重的突水事故，作业安全得到有效保证。 4结语 井下底板奥灰水突水现象作为矿井深部开采活动 中十分常见的灾害类型，实现对其的有效防治，对于 提升矿井生产作业安全和综合效益有积极意义。矿井 管理者必须高度重视相关问题，积极组织专业人员开 展针对性探究，总结具有良好适用性的底板奥灰水突 水防治工艺，以实现对底板突水的有效治理，从而推 动矿井的长久持续发展。 参考文献 ［1］ 王卓.同层立体注浆防治煤层底板水害技术研究 ［J］ .煤炭与 化工， 2019， 4211 38-41. ［2］ 李凯.华北型煤田奥灰水害井下综合防治技术探讨与应用 ［J］ . 煤炭与化工， 2019， 4211 64-67. ［3］ 李晓龙， 张红强， 郝世俊， 等.煤层底板奥灰水害防治定向钻孔 施工关键技术 ［J］ .煤炭科学技术， 2019， 475 64-70. ［4］ 闫左峰.碾沟煤业 5105 工作面承压开采底板注浆加固技术 ［J］ . 煤， 2019， 288 32-33. ［5］ 郑刚.霍尔辛赫煤矿 3煤底板水文地质特征及带压开采 ［J］ . 陕西煤炭， 2019， 385 82-87. （ 责任编辑白洁 ） 26