疏放水及封堵深水井实现煤矿绿色开采.pdf

第 8卷 第 4期 总第 5 7期 2 0 0 3年 l 2月 煤 矿 开 采 Co a l Mi n i n g T e c h n o l o g y V o 1 ． 8 N o ． 4 S e r i e s N o ． 5 7 De c e mb er 200 3 疏放 水 及封 堵 深水井 实现煤矿 绿 色开 采 赵 连 友 ， 陈德 俊 ，赵 庆 杰 济宁 矿业集 团 太 平煤矿 ，山东 济 宁 2 7 3 5 1 7 [ 摘要 ] 太平煤矿在开采厚煤层时，应用井下疏放水及井上封堵深水井，在对煤 田边 角露头 防水煤岩柱成功开采的同时，还保护 了国家水 资源，对水资源不受污染及流失积 累了丰富的实践经 验 ， 实现 煤矿 绿 色环 保 开 采。 [ 关键词 ] 绿色开采 ；疏放水；封堵深水井 [ 中图分类号 ]T D 7 4 3 [ 文献标识码 ]B [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 0 3 0 4 - 0 0 3 4 - 0 3 De wat e r i ng and s t e mm i ng i n de e p mi n e s haft t o pr o t e c t t h e e nv i r on m e nt 1概述 济 宁矿 业 集 团太 平 煤 矿 位 于兖 州煤 田 的西 南 隅 ，主采的六采 区 、八 采 区 3号煤层 为兖州煤 田边 角露 头 防水 煤 柱 ，均 系 表外 储 量 。煤 层 厚 度 平 均 8 ． 5 m左右 ，为高 挥发 分 、低 灰 、低硫 、中高 发 热 量 的气煤 。现开采 的八采 区西 以 F 断层 为 界 ，东 以马家楼 断层 为界 ，南北 方 向以煤层 露头为界 ，面 积 1 ． 4 k m 。采 区构 造 为一 轴 向东 的 向斜 ，地 层产 状平缓 、褶 曲形 态平缓 ，地层 倾 角 3～5 。 ，断层不 发育 ，有 近南北 向正断层组 。北西 向斜交 正断层组 及近东西 向逆 断层 组 。本 采 区 由于埋 藏浅 平 均 仅 1 9 0 m、基 岩薄 平均 4 0 m，且 上 覆 第 四 系底 部 含 水 层均 富水性 中等偏 弱 ，因此太 平矿在探清地 质条件 和水 文地质条件 的基础上 ，采取 井下疏放水 、井上 封堵 深水井实现 了绿 色环保 开采。 太 平煤矿在八 采 区 8 3 0 1工 作 面顶 分 层 上顺 槽 进行 疏 放 水 工 作 。8 3 0 1工 作 面基 岩 上 覆 第 四 系 ， 厚度 为 1 5 5～1 5 6 m，按 岩 性 和 富 水 性 可 分 为 上 、 中 、下三组 ，中组 是全 区稳定 的厚层隔水层 ，阻隔 了上组 与下组 的水力 联系 ，但是 由 于太平煤矿 井 田 内里彦 电厂 、农 村 、工 矿 企业 施工 了 3 O余 口大 口 径供水井 井 田 3 k m范 围内 ，这些供 水井 将上 组 强富水性 含水层与底部 弱含水层 沟通 。经几 口试 验 井投入碳 酸氢氨试剂进 行的 连通试 验 ，最 快 的 2 4 h 在井下 出水点 ，即接受 到信息 ，因此证 实了井 田范 围 内井深超 过 8 0 m 的 供水 井 和 井 下涌 水 之 间存 在 密切 的水力联 系和补给关 系。 供水井 的存 在使得第 四系底含水疏放水 水量增 加 ，疏放 难 度 加 大 、水 位 下 降 缓 慢 、疏 降 时 间延 长 ，不利 于采 区正常开采 ，同时 由于井上下 的水力 连通 ，不仅造成地 下天然水 的污染 ，而且也造 成水 资源 的浪费 。随着煤 矿 的开采 ，大量的地表水 渗入 井下 ，使得煤矿 的生产安全受 到严 重威胁 ，地 面的 供水井 水 位 日趋 枯 竭 ，为 此 太平 煤 矿 通 过 八 采 区 “ 上堵”、“ 下疏 ” 工作 ，已经成功地解 决 了这个 问 题 ，不仅 井 田 3 k m范 围内的供水 井 基本封 堵完 毕 ， 深水井 的静 水位 已全部 上升 ，而且井下 也成功开采 了 8 3 0 1工 作面 ，实现 了绿 色环 保 开采 ，并 取 得 了 明显 的经济效 益和社会效益 。 2工作面 概况 8 3 0 1工作 面位 于八 采 区运输 大 巷北 侧 ，东 以 F 8断层 为界 ，北 以煤 层 露头 为 界 ，工 作 面走 向长 2 9 5 m，倾斜 长 1 4 5 m。分 上 下两层 开采 ，内错式 布 置 ，顶分层为炮采 工作面 ，底分 层为综采放顶 煤工 作 面。 含煤地层 为 二叠 系山西组 ，煤层 厚 度 8 ． 5 m 左右 ，顶板为灰 色 、灰 白色粉砂 岩 、细砂岩 、中砂 岩 和泥岩 ，由于风 化作用 ，岩体完 整性 差 ，除厚层 砂岩 的质量 指标 达 5 0 ％ 左右 外 ，其余 层 段 的质量 指标 在 0～3 0 ％ ，地层倾 角为 3～5 。 ，工作 面 内断 层较 少 ，直接顶板 为粉砂 岩 、泥岩 ，岩石抗压强度 为 5 ． 7 MP a ，抗拉 强 度 为 0 ． 4 5 MP a ，基 本 顶 为 中细 砂岩 ，块状 或 致 密 块状 ，岩 石 的抗 压 强 度 2 1 ． 6～ 2 5 ． 0 MP a ，抗 拉强 度 1 ． 4 6～1 ． 5 4 MP a ，3号煤 强 度 低 ，抗压强度 为 8 ． 4 5 MP a ，抗拉 强度 0 ． 5 1 MP a ，工 [ 收稿日期 ]2 0 0 3 0 4 0 1 [ 作者简介]赵连友 1 9 7 2一 ，男 ，黑龙江鹤岗人 ，工程师 ，1 9 9 7年毕业于黑龙江矿业学院采矿工程系 ，现在太平矿义桥筹建处工作。 维普资讯 赵连友等疏放水及封堵深水井实现煤矿绿色开采 2 0 0 3年第 4期 作 面淋水量小 。 3井下疏放水 8 3 0 1工 作 面 上 方 岩柱 厚 度 3 34 7 m，风 化 泥 岩厚 度 0 5 m，基 岩标 高 ⋯1 1 3 1 1 5 m，底粘 土 厚 1 ． 28 ． 5 m， 以上 含水 层 及 泥 岩 隔层 厚 度 不稳 定 ，越 流补 给 明显 ，累计 厚 度 3 6 m 左 右 ，为 中 等 偏弱 含水层 ，水头标 高 一7 6 m，其 上为 第 四系 中组 隔水 层 ，与上组水无 自然水力联 系 ，但 深供水井将 第 四系 上 、下 组 含 水 层 串通 。 由 于本 工 作 面 上方 3 k m 以内的供水井 已注浆封 堵完毕 ，因此就不能 上 下 互补 ，但为 降低第 四系 含水 层 对工 作面 的 压力 ， 仍 须对下组水进行疏 降。 使用 4 , 9 1的钻 头 钻进 至第 四 系交 接 面 ，后 改 用 4, 7 3的套 管 ，套 管 前 带有 特 殊 的钻 头 ，强迫 性 将 钻具送入含水层 ，经 过多次探试后 ，找到 出水 的 层位 ，利 用 套 管 将 含 水 层 的 水 导 出。八 采 区 的 8 3 0 1工作面 上顺 槽 进 行疏 放 水 时 ，每天 测 量 矿井 的涌水量 ，同时观测八 采区 内的长观孔 水位 ，通过 近 1年的疏 放 ，从 长期 观测 的水 文 孔 9 9 - 2 、9 9 3 、 0 0 - 7可以看 到 ，水位 已大 大降低 ， 见 图 1 。 迥 * 判 断其 深浅 。并且使 用水下 摄像系统对 水井进 行摄 像 ，探测 水井井 管的水下情 况 ，包括孔径 、花管的 长 度 、深度及完 整程度 。 4 ． 2抽水 实验 在封 孔前要 先用 水泵进行 抽水实验 ，判明井 内 涌水量 和水位 降深 ，确定 处 理前 孔 内 的水位 深 度 ， 以便注浆 后对 比水位 ，判断封 堵后 的水井 是否隔断 上组水 与下组水 的联 系 。 为 比较注浆处理 前后 ，井 管壁后充填水泥浆 的 密实程度 ，注浆 前后要 进行声 幅测井 ，对 比两种曲 线 ，分析 注浆效果 。 4 ． 3注 浆封堵 在水 井封堵前 ，必须在 浮力板 附近进行一次 水 泥注浆 ，防止管壁后 的填砾层 由于浮力板破坏 而塌 入井 内。随后用带有 纠偏器 的钻具 钻透浮力板 ，并 清洗浮力板 以下 的淤泥 ，到原施工 孔深 ，最后取 出 原粘土质 岩芯 。并要求 钻 头直 径 大于 原孔 的 直径 ， 本次扩孔 和扫孔都必须 达到原孔位 。清洗净后 ，重 新用水泥浆 将此段进行 充填 ，隔断 上组 水和下组水 联系 的第 1道防线 ，封堵 原理见 图 2 a 。 图 2封堵 原理 图 1 观 测数 据 曲线 在水 泥凝 结 4 8 h后 ，在 浮力 板 以上 设 置 止 浆 塞 ，对封堵 沉淀管一段进行 注浆封堵 ，其高度根据 4井上封堵深水 井 实管 的长 度 来 确 定 。所 用 的水 泥 浆 水 灰 比一 般 在 4 ． 1 判断井深及井况0 ， 6 0 ， 5 ，密度 在 1 ． 72 ． 0 t ／ m 之 间 ，注浆 量 是 对 于矿 区周 围 的水 源井 在 处 理前 必 须 进行 调 根据管外 的体 积 乘 以经 验 系 数 0 ． 20 ． 3，再 加 上 研 ，调查 水源井 的潜水位 。对于水位低 于周 围的水 管 内的体 积 ，止浆塞必须 进行压力试验 ，确定有 压 源井 ，要先对其 进行 清洗 ，直 至 清洗到 浮 力板 后 ， 力反映才 能使 用 ，否则 必须重新下止浆 塞 ，注浆压 35 维普资讯 总第 5 7期 煤 矿 开 采 2 0 0 3年第 4期 力控制在 2～3 MP a之间 ，封堵 原理见 图 2 b 。 底部 注浆结束后 ，再 进行上部 注浆封堵 。根据 花管的长度 、埋深及含水 层的分布情 况 ，来确定 注 浆封堵 的次数 、段 高 ，如 果此 段 高 内没 有 花管 段 ， 还需要 自己重新射孔 ，进 行注浆 。 封堵结 束后 ，再用钻 具扫除井 内的水泥 ，进行 声 幅测井和抽水 试验 ，检查 注浆效果 ，并进行 连通 试验 ，效果不理 想的要返 工处理 。 5 技 术经济效益 分析 1 通过井 下 疏 放 水 ，降低 第 四 系下 组 水 的 水头 ，完 全解放 了兖 州煤 田防水 煤岩 柱 内 的煤 炭 ， 提 高了开采上 限。 2 疏 放 水 及 封 堵 深 水 井 的 工 作 ，保 证 了 8 3 0 1工作 面 在 基 岩 薄 、埋 藏 浅 的 条件 下 ，实 现安 全开采 、全 部 回采 。 3 通 过封堵深水井 ，减 少 了水 资源 的流 失 ， 4通 过 封 堵 深 水 井 ，使 静 水 位 明 显 上 升 ， 水井可延 长服务寿命 。 5 太 平煤 矿共 开 采 了 4 3 ． 9万 t 煤 炭 ，较 不 采取 “ 上封 ”、“ 下堵 ” 工作多采 出煤 炭 2 2 ． 9万 t 。 6 通 过封堵深水 井 ，减 少 了矿 井 的排水 量 ， 降低 了开采成 本 。 7 通过 疏放 水 及 封 堵 深 水 井 ，实现 了井 下 的安全开采 ，本工作面开采后 未发生一起 突水事故 及漏 顶事故 。 总之 ，通过太 平煤矿对八采 区的疏放水及封堵 深水 井工作 ，成功 地解决 了第 四系含水层下 ，在基 岩薄 、埋藏浅 、上 下组 水力联 系密切 的条件下 ，实 现 了绿 色环保开采 ，既保护 了国家水资源 ，又 多采 出了煤 炭。这项技术 为我 国在煤炭 资源及水资源 日 趋紧 张的情 况下 ，找 到了一条既 能多回收资源又不 破坏环境 的绿 色开采方法 ，其经济效益 和社会效益 显著 。 防止 了生态水 的污染 。 [ 责任编辑文学宽】 p 上接 l 7页 截 割数据 以图形 方式 显示 出来 ，记忆 截割 司机 割第 一刀 ，计算机记 下工作 参数 ，以后每 刀的截割 高度均 由计算机 根据存储器 记忆 的工作参 数 自动控 制 ，直到 司机进行 手动操作 改变为止 。司机能调整 摇臂 的位置而不受记忆 数据 限制 ，这是一种可 以人 工干预 的 自动化 ，允许 误差为 5 0 mm 。 4 ． 2基于振动测试 和频谱分 析的煤岩识别技 术 一 般煤 和岩石的截 割阻抗不 同，引起的振动 不 同 。根据这 一原理 ，2 0世纪 8 0年 代英 国通过 测滚 筒截齿 的机 械振动来辨识 煤岩分 界 ，做 过工业性试 验 。在需要 留煤皮或 留顶煤的情况下 无法采用这种 方 法 。 4 ． 3基 于 射线原理 的煤 岩识别技 术 主动型 机载信号源 发出 射线 ，到煤 岩界 面反射 ，接 收器收到信号 ，自动 调高 。 被 动型 接 收器接受煤 岩发 出不 同强度 的 射线信 号 ， 自动调高 。 射线 自动调 高 国内外至 今 仍在研究 之 中，尚未进 入实用 阶段 。 4 ． 4采煤机 自动调 高技术 的发 展趋势 基 于位置传感器 和计算机记忆截 割技术 比较 容 易实现 ，2 0世纪 8 0年 代中 国矿 业 大学 在地 面做过 试验 。基 于振动测试 和频 谱分析煤 岩识别技术 ，8 0 年代 中国矿 业大学通过测 调高油缸 的液压振动来辨 3 6 识煤 岩分界 ，做过 试验 室 试验 ，未经 工 业性 试验 。 相比中 国的比英 国的更实用一些 。基 于 射线 原理 的煤 岩识别技术 ，国内研究不 多 ，国内外均 未进入 实用 阶段 。 自动 调高技术 的突破 口应 当选在 记忆截 割 ，MG 7 5 0 ／ l 8 2 0 一 G WD将 实现记忆截 割。 5远程通讯和 集中控 制技术 晋城 E i c k h o ff公 司的 S L S O 0采煤 机通 过供 电电 缆的控制 芯线或先 导芯 线 与顺槽 集 中控 制 站连接 。 顺槽集 中控 制站包括负荷 中心 、调制解 调器 、微机 MI C O S 、显示器 、键 盘和接 口。顺 槽 集 中控 制站 与 采煤机 、液压支架控制 系统 、工作 面输 送机 、转载 机相连 。通 过 中继站 可 与 距 离 大 于 5 k m 的地 面数 据转 换器连接 ，后 者把信号传 给矿井地 面站 。上述 系统理 论上可 以在顺 槽集 中控 制站实现工作 面设 备 和顺槽设 备 的远程通讯 和集 中控 制 。由于矿 井地质 条件 千变万化 ，实 际上 目前还 只能实现远程通讯 和 集 中监控。S L S O 0采煤 机机 身上还 有 1个红 外线 发 射器 ，支架接到信号后 ，通过 电液阀系统可 以 自动 收／ 放护帮板 、移架 、推溜 。 现有 国产采煤 机没 有 1种具有这种远 程通讯 和 集 中控制 功能 。研制 中的 MG 7 5 0 ／ l 8 2 0采煤 机将 具 有这种功 能 。 [ 责 任编 辑 邹正 立 】 维普资讯