马庄煤矿上行带压开采的初步实践与认识.pdf

1 9 9 7 年 第2 期 茅 咩 讦袭，f 徐煤科技 L 3 一 马 庄 煤 矿 上 行 带 I t 开 粟 的 初 步 实 践 与 认 识 。 t／ 慷 州市 煤炭工业 公司 兰 笪高国 江 王德依 摘要介绍 了棘 市藻寰二业公 马庄井 曰太原 姐承 x地盾特} 王 与煤层上行带压尹采曲设r 赛． 爰 井上下 已开 展的防治水工作 ． 井初步总结了蘸注浆堵 水曲效果。 关键调太原组 带压开丰 注 浆堵水 马庄煤矿 马庄煤矿于1 9 7 3 年建井 ， 1 9 7 3 年投 产， 设计井 型3 O 万 r ， a 实际产量 已达到5 5 万 t ／ a 主要可 采煤 层为下石盒子组1 、 2 、 3 煤 ， 山西组7 、 9 煤和太原组 2 0 、 2 1 煤 。 目前 ， 】 3 、 7 、 9 煤 的 开采 已近结束 ， 太 赋组煤层正在开拓 ， “ 九五 期间重点开采 2 0 、 2 l 煤 。 1 太原组水文地质特征 1 ． 1 基本概况 本区位于鲁淮平原阿河煤盆地东北端的山前 冲积平原 ， 东部 为低山丘陵， 前缘有 闸河 自北 向南 流入萧县 ， 井 田内地 势平 坦， 地面标高 3 8 ． 3 m． 年均降水 量8 3 2 ． 2 9 ram。 区 内沉积 地 层相 同于华北地层 ， 赋存石炭二叠 系煤 层。 井 田煤 系地 层为走向 NE 2 2 、 倾 向 NW 的单斜 构造 ， 区内发育 与煤层走 向相 一致 的小 白山一级 向斜褶 曲． 倾角东陡西缓 ， 落 差大于 2 0 m 的断 层有4 条 ， 以 NE NE E向正 断层为主。 1 ． 2 含水层 殛其一木性 第四系冲积层孔 酿水 厚 4 1 ． 5 m， 岩性为砂质土 、 牯土质 砂、 粘土砂礓夹砾 石， q为0 ． 0 8 7 0 ， 0 8 3 L ／ s iT 1 ． 水位埋深浅 ， 属含水小的吉水层， 是矿井充水的主要水源。 二叠 系砂 岩裂 隙 水 下石 盒子 组、 山西组 厚 度分 别为 2 0 0 m、 1 O 5 m， 可采煤层顶 、 底板赋存l ～5 层砂岩 ， 裂隙不甚发 育 ． q为0 ． 0 0 3 2 0 ． 0 3 2 4 L ／ s m， 属 含水小的害水 层。 该砂岩 裂隙水与太原组开采无水力联系。 太原组灰岩岩溶水； 该组厚1 4 7 m． 赋 存l 2 层薄 至中厚层 灰岩 。 各层灰岩岩溶发育不均一 ， 从已揭露3 6 十灰岩钻孔 中， 有1 2 孔 见溶 蚀溶孔 、 2 2 层 见侵 蚀性 溶 洞， 发 育探 度 主要 在 3 0 O m 以上。 3 、 4 、 1 2 层厚度较大 ， 岩溶较发育 ， 富水性好 ， 其他 各层富水性鞍弱 据抽水试验 q为0 ． 0 D 5 9 1 ． 7 9 5 0 L ／ s m． 属 含水小到中等 的含水层 奉溪组 厚度1 5 ． 6 m， 灰岩裂腺不发育， 富水性鞍弱 ， 可视 为相对隔水层。 奥陶 系灰岩岩溶水 地 层厚约5 0 0 m， 整体 上岩溶较 为发 育 ， 富水 性 好 ， 具 体 各层 组 差 异性 明显 ； q为 0 ． 0 3 0 3～ 4 9 ． 9 5 L ／ s m． 水位高、 水 质好 ， 是 区域供 水水源层位 ． 也是侧 向越流补给矿井的主要水源。 1 ． 3 地下水交瞽运动 当井下开拓最间石门与开采时， 将揭穿灰岩或破 与煤 层顶 底板相关 的灰岩古水层 ． 发生涌 囊 水 一 形成 凡工 的疏 水降压中心。 此时 ， 地下水交替运动方式 一是受疏水影 响的 灰岩含水 层露头带 ． 既接 受第四系孔隙水的垂直 入渗 补给 ， 叉接受井 田边缘奥灰岩溶水沿基岩 风化带侧向越流补 给． 然 后顺着本层溶隙由浅部 向中深部水平的涌 雯 水点排泄 二 是通过导水断裂 ， 陷落柱 、 切割深的张开裂隙、 封闭不良钻孔 及导裂带挠动带等作为通道 沟通 了与相 关含水层的水 力联 系 ， 向涌 突 水点集 中排泄 ， 从而加快 了地 下水补给 、 运移和 排泄的速度 ， 增加矿井涌水量 ， 往往造成突水事故 ． 危及矿井 安全生产 1 ． 4 矿井水文地质类型 对照 矿井水 文地 质规程 划分标准 ． 受采掘破 坏或 影响 的 主要是太 原组灰岩 溶隙溶 洞含水 层、 单 位降探 涌水量 q 、 矿井涌水量 Q 及受底板 奥灰岩溶水 的威胁等 因素 ， 综 台评定马庄煤矿太原组水文地质类型为较复杂型矿， 2 优化开采太原组煤层的设计方案 太原组煤 系为海陆交替相 沉积 ， 煤 层顶 底板灰岩 为溶 隙充水含水层 ， 具有煤 层薄 、 埋藏深 、 水量 大、 开采成本 高的 特 殊性 ， 屑难于开采的煤系 当前 ． 绦州矿区太原组煤层 已有 多年的开采历史 ， 积 累了不 少宝贵的经验 该矿改 变了 在 从浅部承平疏 干下行开 采的方式， 而充分利用灰岩岩溶浅部 发育、 中深部逐渐变弱的规律， 采取中深部水平上行带压开 采的技 术路线。 2 ． 1 上行开拓方式 马庄煤矿为斜井立井多水平分区开拓 ． 工作面为走 向 长壁式 炮采。 一8 O m、 一1 6 0 r n及 一2 7 O r a三个 生产水平 结束 后 ． 已转凡深部 一3 7 O m 水平生产。 太原组的设计 开果划分为 ～ 2 5 O m， 一3 7 0 m、 一5 0 O m 三个水平 。 先从 中深部 一3 7 0 m水 平开拓人手 ． 分为上下两个阶段开采 上 山阶段开 采3 7 0 m 至 一2 5 [z a水平 下探 部 的太 原组煤 层 2 0 煤与 2 l 煤 间距 2 3 m， 两层煤通过短石 门联络 ． 进行 联合 开采 ． 以减步采 区上 山的工程量 2 ． 2 分区隔离 布置巷道 为减少井 巷工程量 ， 充分利用下石盘子组与 山西组 底板 维普资讯 1 4 徐煤科技 1 9 9 7 年第2 期 巷道 ， 掏成太原组煤层 生产 系统 。 太原组开拓 先从3 7 0 m水 平开始 ， 在 山西组 9 煤 底板掘石门 ． 在 海相 砂 泥岩层位砌筑 水 闸门t 做 到太原组 新采 区与二叠 系老采 区隔离 开采 运输 系统利用原3 7 0 m 强力皮 带直接 到地面 。 石 门见2 O 煤后掘 运输 大巷与 回风上 山对接 ， 回风上 山与1 6 0 m 7 煤北翼 总风 道相联接 ， 形成生产 系统 。 上下水平不建排水 基地 ， 探部 利用 原 一3 7 0 m 水平 的泵房水仓 ， 扩 大排水 能力。 目前 石 门、 运输 大巷 以及 回风下 山已竣工 ， 共完成工程量2 4 0 0 m。 计划1 9 9 7 年 1 O 月放 出工作面生产 。 2 ． 3 治 理灰 岩水 的技 术原则 太原组煤 层为灰岩岩溶充水 的煤矿床 。 对其灰岩水 的治 理 ， 采取“ 预防 为主 ， 疏 堵结合 的技 术原则 。 根 据 导裂带 最 大高度计算 2 0 、 2 l 煤 开采 时 ， 将 影响9 、 1 0 、 1 2 灰 ， 故 采取疏 干 开采的原则 。 因1 ～6 层灰岩 与开采 层无直接 水力 联系 ． 仅 影 响石门与 回风下 山开拓 ， 或 采取超前 打钻注 浆封 堵的措施 ， 以减 少涌 突 水量 。 3 已开展的防治水工作 3 ． 1 井田水文地 质补 充勘探 在原精查 地质 报告基础上 ， 由省煤炭 总公 司安 排两次补 勘。 1 9 8 8 年完 成 了 马庄煤 矿太 原组 2 0 、 2 l 煤 层 补充 勘探 报 告 ． 1 9 9 2 年提 交 了 马庄煤 矿太原组水文 地质报告 ， 前 后共 完成 9 个水文孔 兼 长观孔 ． 总工 程量3 8 7 4 ． 9 6 m。 1 9 9 1 年完成 放水实验工 作 ， 基本查 清 了太原 组水文地 质条件 ， 为开采太 原组煤层 提供 了技 术依据 。 3 ． 2 扩大捧水能力 初 步设 计 中 确 定太 原 组 不 单 独 建 水 仓 泵 房 、 利 用 原 一 3 7 0 m水 平排水基地 ， 扩大泵 房和 水仓窖积 ， 增 加4 台泵 ， 由 地面 施 工大 孔 径 排 水管 ， 两 趟 排水 管 2 7 3 mm， 垂 直深 度 4 0 4 m， 一 级 排 到 地 面 ． 排 水 能 力 l O 0 0 m ， h 。 原 有 两 趟 2 1 9 mm 昔路 通 到 1 6 0 m 水 平 排水 基 地 ， 两 台 泵排 水 能力 5 O O m ， h ， 二级 排水到地 面。 一3 7 0 m 水 平泵房 改扩后 总排水 能力为1 5 0 0 m ／ h。 3 ． 3 井下放水实验 为进一 步查清 l ～ 1 2 灰岩含 水层的 富水 性 ， 太原组 灰岩 间与奥 灰之问的水 力联系 以及 获得水 文地质参 数评价 矿井 涌 水 量 ， 确 定 在 地 面 施 工 直 通 式 放 水 钻 孔 。 钻 孔 布 置 在 一 3 7 0 m水 仓南2 0 m 处 ， 孔探5 6 0 m， 终 孔布置 在1 2 灰底板 。 在 一 3 7 0 m开 凿巷道 ， 钻孔内下套昔 ， 分1 ～9 灰 、 1 ～1 2 灰两个 阶 段 进行 井 下放 水 ， 利 用地 面 观测 孔 长观 放 水 实验 工 作 ． 于 1 9 9 1 年底 全部结束 。 3 ． 4 井下封堵突水钻 孔 1 9 8 2 年 3 月该 矿在 山西组 7 煤 的 5 1 6 工 作面 回采 中遇 到 I一3 钻孔 ， 因该 孔封 闭质量 低劣 ， 引起 1 n1 2 灰水 突入工作 面 ， 最大 突水量1 6 0 m ／ h ， 造成该面 停采和 长期排水 。 1 9 9 4 年 l 2 月 ， 先在 井下沿7 煤底 板掘 平石门找到钻孔 ． 采用临时止水 措施 ， 下套管 用两 台泥 浆泵 通过 孔 口混 台器 向孔内注水 泥、 水玻璃双液浆 ， 全孔封闭后滴水不漏 。 这次封堵钻孔 ， 不仅取 得 了显著 的经济效益 ， 而且还切断 了与其 他层 灰岩水 的 人为 联 系 ， 有利于底组煤的疏干开采 。 3 ． 5 井下预 注浆 3 ． 5 ． 13 7 0 m 石门4 ～6 灰预注浆 注浆 站与钻机窝设在 一3 7 O m 石 门4 灰顶板2 0 m 处 ， 施工 3 个注浆 孔、 1 个检查 孔 ， 钻探 工程量 为4 1 0 m， 终孔层位 为6 灰 底 板 ， 注入 水泥1 0 0 ． 2 5 t 注浆 前3 个 孔最大 出水 量为5 2 0 m。 ／ h， 注浆后 扫孔出水量 小 于l m。 ／ h 。 现石 门早 已掘到 2 O 煤 顶板 1 O 灰 ， 该石 门l ～1 O 灰累计涌水量仅 有l O m。 ／ h 3 ． 5 ． 2回风 下山l ～6 晨预注 浆 为解决1 O O m 回风 下 山排水 困难 的问题 ， 把下 山预注 浆分 成两 段 ， 即1 ～3 灰与4 ～6 灰两个 含水层 组 。 在 1 灰顶板 建注浆站 ， 供两 段注浆 使用 ， 并分别在 1 灰顶板与 4 灰顶板 开 掘钻 机硐室与 临时 水仓 。 沿着 下 山2 5 。 坡度 施工 注浆钻 孔 t 1 ～3 灰段 注浆后 ， 下 山掘进到距4 灰顶2 0 m 处对4 ～6 灰打钻注 浆 。 两 段共 旌工6 个钻 孔 ， 工 程量为6 4 5 ． 8 6 m， 共注水 泥2 4 4 t 。 注浆前各层灰岩钻孔最大出水量 1 ～2 灰8 0 m。 ／ h， 3 灰2 4 0 m。 ／ h， 4 灰2 8 0 m。 ， h， 6 灰 8 0 m ／ h 。 总 出水量 为6 8 0 m ／ h 。 注浆 后扫 孔1 ～6 灰无水 。 在下 山巷道掘进 之前 ， 请 中国矿业大学 进行 了井下 电法勘探 ， 查 明 了注 入水泥 的扩 散范 围 ． 计算 出注浆 半径‰ 目前 ， 下 山已掘过4 灰 ， 1 ～4 灰无 出水现象 。 本次 注浆采用4 2 5 硅酸盐水 泥 ， 添 加一 定量的氰化 钠 ， 水灰 比为1 6 1 ， 用 高 压泥 浆泵 间歇压 入孔 内 。 注浆压力 6 ～ 7 MP a ， 最 终压力 1 2 ． O MP a 。 预 注浆堵水 工 程完成后 ， 可 减 少 正常涌水量3 0 0 m ／ h t 一年节 省排水 电费2 1 0 万元。 4 几点 认识 1 该矿开采太 原组煤层 ， 受采 掘破坏或 影响的主要是 灰岩溶 隙一溶 洞含 水层 ， 其补 给条件好 ， 补给水 源较充沛 ， 单 位涌水量较大 ． 2 1 煤距奥灰较近 ． 安全 生产 受到水 害威胁 ． 按 矿井水文地质类型划分属于较复杂型矿井 。 2 该矿太原 组开拓 布局 ， 利用 中深部水 平 灰岩岩 溶发 育逐 渐减弱的规律 ， 采 取上行 带压开采 ， 对 受 导 裂带” 采动 影响的含水层采取疏干 开采 ， 对 不受开采影响的1 ～ 6 灰含水 层采取封堵和分 区隔离 开采的技术措施 。 这不仅减少 了涌水 量 ， 而 且改善 了矿 井的经济效益和作业 环境 。 3 该矿 太原组一3 7 O m 石门和一 1 6 O m 回风下 山掘 进期 间， 对各 层灰岩超前施工仰斜 、 俯 有的探放 水钻孔 ， 并对 l ～6 灰进行预 注浆 。 通过 实践 ， 创出俯 有2 5 。 、 单孔进尺1 4 5 m 的好 成绩 ， 堵水成 功率 达9 5 以上 。 4 该矿2 O 、 2 1 煤掘采期 间， 应做好煤 系灰岩水和底板 奥 灰水 的防治工 作 ， 采取钻探物探 、 化探等手 段， 分析导水 掏造 赋存 ， 研 究突水机理 ， 超前防范 ， 做到 防患于 未然。 第一怍 者简介鹿守柱 ， 1 9 5 o 年 生， 1 9 7 7 年毕业 于淮南 矿业学院煤 田地质与勘探专 业， 本科 学所 。 曾出版 书一本 ， 发 表． }亡文3 篇。 地 址 江苏棘 市 ， 邮箱 2 2 1 0 0 2 。 收稿 日期 1 9 9 7 一o 3 0 5 I 青任编辑 薛太恺 维普资讯