水力采煤与管道运输HYDRAULl.pdf

第 3期 2 00 7年 9月 水力 采煤与 管道运输 HYDRAULl C C AL Ml Nl NG ＆ P l PE Ll NE TRANSP RTATl N NO ．3 S e p ． 2 0 0 7 工作 面 防治 突水 技 术 的研 究 与 应 用 梁文立 徐新 法。 1 ． 郑 煤 集 团 裴 沟煤 矿河 南 新 密 4 5 2 3 8 2 2 ． 新 密市煤炭 学校 河南 新 密 4 5 2 3 7 0 摘要 分析 了裴沟矿 3 2 0 5 l综放工作 面突水原 因和 水源的特点 ， 介 绍 了工作 面防治水技 术方 案 和措 施 ， 确保 了矿 井的 安 全 生 产 。 关键 词 i 底 板 突 水 突 出点 涌 水 量 中 图 分类 号 TD 7 4 5 ． 2 l 文 献 标 识 码 A 文章 编 号 1 O 0 6 一O 8 9 8 2 0 0 7 0 3 0 0 2 2 0 3 1 前 言 郑煤集团公司裴沟煤矿 由裴 沟井 田、 扬河 井 田和樊寨井 田三部分组成 ， l 9 6 6年 3月投 产 ， 原 设计 生 产 能 力 6 0万 t ／ a ， l 9 7 9年 改 造 扩 建 为 l 2 O 万 t ／ a ， l 9 9 6年 达产 ， l 9 9 9年 l 0月 至 2 0 0 1年 9 月 ， 经 过 矿 井 通 风 系 统 技 术 改 造 、 主 井 提 升 系统 增 能 技 术 改 造 和 一2 0 0辅 助 水 平 的 建 立 ， 使 矿 井 生产能力 由 l 2 O万 t ／ a提高 到 2 l 0万 t ／ a 。 目前 矿 井 开 采 扬 河 井 田西 翼 三 二 、 三 四两 个 采 区 ， 共 有一综一炮 一残 采 3个 采煤 队进行 生产 。裴沟 煤矿开采的是 二叠系 山西组二 煤层 ， 扬河 井 田 二 煤 层 厚 度 为 7 m ，瓦 斯 绝 对 涌 出 量 为 2 7 。 7 5 m。 ／ mi n ， 相 对 涌 出 量 为 6 ． 2 5 m。 ／ t ， 煤 尘 爆 炸指数为 l 4 。 9 9 ， 无 爆 炸危 险 性 ， 煤 层 自然 发 火 等 级 为 不 易 自燃 。 2工 作 面概 况 3 2 0 5 l工作面采 用伪倾 斜走 向长壁 式布 置 ， 可采走 向长 l 5 3 0 m， 倾斜宽 l 5 0 m， 安装放顶煤支 架 l 0 5架 。 煤 层 平 均 倾 角 l 9 。， 煤 层 平 均 厚 8 ． 6 m， 西薄东厚 ， 可采储量 2 7 1 ． 7 8万 t 。伪顶为 碳 质 泥 岩 ， 厚 度 l 。 0 m， 棕 黑 色 ， f l ～2； 直 接 顶 为 泥 岩 ， 平 均 厚 度 4 。 0 m， 灰 黑 色 ， f 一 4 ～ 5 ； 老 顶 为 砂 岩 ， 平 均 厚 度 4 ． 1 m， 灰 色 ， f 一6 ； 直 接 底 为 砂 质泥岩 ， 平均 厚 度 8 ． 0 m， 灰 黑色 ， f 4 ～5 ； 老底 为 L 8 灰岩 ， 平 均厚 度 3 ． 9 m， 灰 色 ， f 一8 。3 2 0 5 l 工作面地面标 高 l 7 5～ 2 l 7 m ， 工作 面煤底 标 高 一3 0 6 ～ 一 l 8 3 m， 埋 深 3 7 O ～ 5 l 0 m。 6 由于清仓机挖装煤泥后 是管子输 送到水 平大巷装 矿 车 ， 所 以机器 后 面接有 一根 软管 ， 软 管 长 度 一 定 ， 清 仓 机 往 前 移 动 一 段 距 离 后 ， 需 要 接 钢 管 ， 同 时 将 软 管 盘 在 机 器 后 面 ， 还 不 能 影 响 机器 临时后退压坏胶 管 ， 因此清仓 机对煤水仓 的 巷道要求尽量直 ， 弯道尽量 少 ， 否则在接 钢管时 ， 管子就 会接 到 水 仓 中 间， 影 响清 仓 机 的挖 装工 作 。 7 料斗 里 的搅 拌 叶片没 有 用 ， 因为挖 装 时 已将煤泥搅拌稀 了， 可以取消搅拌功能 。 6 结论 1 MQC一7 5型 清 仓 机 在 开 滦 集 团 范 各 庄 矿 业 分 公 司 的 井 下 工业 性 试 验 基 本 是 成 功 的 ， 与现 在人 工挖仓 相 比， 效 率提 高 3倍 以上 ， 并 且 工人的劳动强度 大幅度减轻 ， 避 免 了清仓 中提升 蓄 电 池 机 车 头 时 的 安全 隐患 。 2 2 2 该清仓机集 挖装输送 于一体 ， 行走 自如 ， 在我 国 目前煤仓清挖设备 中居首 次 ， 具有 独特 的 特点 和 实 用 性 。 3 该机 需 提 高 可 靠 性 ， 改 善 适 应 煤 水 仓 多 杂质 的情况 ， 提高刮板牵引链 的强度 。 4 该机设计合理 ， 结构 紧凑 ， 但油管长 度和 布置需按走向合理确定高压胶管长度 。 5 建议将清仓机挖装 部前 面圆弧段拉直 可 以减小牵 引阻力 。另外 ， 牵引链 改为煤矿常用 的 高强 圆环链 ， 在 料人 口上 面加 网状筛 ， 防止大块 杂物进入输送管道 。 作者 简介 王 正华 1 9 5 9 一 。 男， 煤 炭科 学研 究 总院 唐 山研 究院选 煤炭 装备 中心 高级 工程 师。 1 9 8 2年毕 业 于中国矿业 大学 。 收 稿 日期 l 2 0 0 7 0 1 1 8 维普资讯 第 3期 梁文立 等 工作 面 防治 突水技 术 的研 究与应 用 2 0 0 7年 9月 3工 作 面 突 水情 况 3 2 0 5 1工作 面 自 2 0 0 4年 4月 2 2 日开 始 回 采 ， 至 2 0 0 5年 8月 4 日共 发 生突 水 4次 。 回采前 7个月 ， 工作面涌水 总量 1 5 0 m ／ h ， 以 顶 板 水 为 主 1 O O m ／ h ， 另 有 下 副 巷 掘 进 期 间 底 板 涌水 量 5 0 m。 ／ h 。 2 0 0 4年 儿 月 1 2 日 ， 工 作 面 回采 3 2 6 m， 推进 到下 副巷 2 7测 点东 3 2 m 处 时 ， 工作面 1 ～3架底 板 突水 ， 涌水 量 7 0 ～ 9 O m ／ h ， 工作面涌水 总量 达到 2 9 0 m。 ／ h ； 随着 工作 面 向前 推进 ， 到 2 0 0 4年 1 2月 3 1日， 工 作 面 1 0 ～ 1 5架 范 围再 次 突水 ， 工 作 面 涌水 总量 增 大 到 6 O O m ／ h。 针对工 作 面 出水情 况 ， 对 3 2 0 5 1工 作 面上 、 下副巷进行直流 电法 物探 ， 并多 次请 防治水 专家 参与水情分析及治水方案指 导 ， 编制 了 3 2 0 5 1工 作面底板注浆改造方 案设计及安 全技术 措施 ， 并 积极组织 实施 ， 到 2 0 0 5年 8月 4日突 水前 注 浆 改造已施 工 6个钻 巷 。通 过工 作 面 底板 注 浆 改 造 ，2 0 0 5年 3月 中旬到 5月底 ， 工作 面生产 逐步 恢 复 正常 ， 工作 面涌 水量也 逐渐 减小 ， 最 少减 小 到 3 5 0 m。 ／ h ， 工 作 面在 此 期 间产 量最 高 ， 月 产 量 达 到 1 3万 t 。 2 0 0 5年 6月 6日， 工作面推进到第 四钻巷 时 再 次突 水 ， 且 突 水 点 位 置 上 移 ， 最 高 到 7 9 ～ 8 3 架 ， 最后 突水 主要集 中在 5 0 ～5 5架 ， 另外 下部 突 水 点 也 较 多 ， 工 作 面 涌 水 总 量 再 次 增 大 到 6 0 0 m。 ／ h 。随着工作 面推进 ， 突水 点 在采 空 区侧 逐 步 下 移 ， 汇 人 尾 巷 流 人 流 水 巷 ， 采 切 巷 内 水 量 逐 渐 减 小 到 不 足 1 5 m ／ h ， 工 作 面 生产 恢 复 正 常 。 2 0 0 5年 8月 4日 l 9 2 5 ， 工 作 面推进 到第 五 钻巷 基本 过 第 五钻 巷 时 ， 2 2 ～2 4 、 1 8 、 1 0 ～ 1 5 及 5架 底 板再 次突水 ， 且突水 点位 置 不 固定 ， 当 班 涌 水 量 增 大 到 1 5 0 ～ 2 0 0 m。 ／ h 。8月 6 日 0点 班， 采切巷 内水量减小 到 6 0 m ／ h以下 ， 但 出水集 中到工作 面下尾巷 。最后 ， 工作 面涌水 总 量稳定 在 1 5 O O m。 ／ h左右 。由于 水量 大 、 流速 快 ， 3 2 0 5 1 工作 面下副巷水 沟、 沉淀池 、 沉淀 煤水 仓及 一3 0 0 大巷水 沟 、 临 时 水仓 淤积 严 重 ， 为 了保 证 安 全 ， 3 2 0 5 1工作 面即 日被迫停产。 4 突 水 原 因及 水 源 分 析 突水 后 通 过 对 矿 井 及 工 作 面 的 水 文 地 质 条 件进行 综 合 分析 ， 3 2 0 5 1工作 面 突 水 原 因 ① 工 作 面 开采标 高低 、 水 压 大 ， 是造 成采 空 区底板 突 水 的直接原因 。3 2 0 5 1工作 面煤底 标 高 一3 0 6 ～ 一 1 8 3 m， 水 压 3 ． 5 ～ 4 ． O MP a ， 多 次 突 水 主 要 原 因 为带 压开采 ， 隔水层薄 ， 抵挡 不 了高水压 ， 加 之断 层裂 隙导水通 道发育 造成 的。② 开采深 度大 ， 造 成矿 压大 ， 尤其是下 副巷 以上 3 0 m 范围内是矿山 压 力 的集 中 区， 由于矿 山压力 的诱 导 破坏 作用 ， 导致煤层底板受到不 同程度 的破坏 ， 有 效 隔水层 厚 度变 小 ， 强度 降低 ， 这 是造 成底 板 突水 的客观 原 因。③ 断层 及垂 直裂 隙 比较 发 育 ， 造 成 L 8灰 岩及 L 7灰岩 与奥 灰水力 联 系 比较 密 切， 补 给水 量 大 ， 比较 复 杂 的 水 文 地 质 构 造 为 底 板 突 水 创 造 了有利 条件 。④ 注浆 改造 底 板 仅 到 L 灰岩底 ， 终 孔 垂 深 不 足 2 0 m， 而 回 采 对 底 板 扰 动 破 坏 深 度 在 1 7 m左 右 ， 注浆 改造 深度不 够 ， 工 作 面推进 到 第 四钻巷及第五钻巷 ， 顶 板周期来 压底 板裂 隙张 开 是 造 成 底 板 出水 的又 一 原 因 。 根据 3 2 0 5 1工作面突水 量 、 出水 点水 质化验 报告 、 地质资 料 及 长 观孔 0 。 水 位 观 测 资料 分 析 ， 3 2 0 5 1 工作 面 底 板 出水 水 源 以 O 。灰 岩水 为 主 ， 主要分析 意见如 下 ① 根据 矿 井 L 一 。 灰 岩含 水层历年来 的涌水 量 资料 及杨 河 井 田 L 一 。 灰岩 含水层的 富水 性 ， 在 3 2 0 5 1工 作 面标 高 范围 内， L 一 。 灰 岩 水 最 大 涌 水 量 不 超 过 3 5 0 m ／ h ， 但 3 2 0 5 1工 作 面底 板 出水 量 最 大 达 1 5 0 0 m ／ h ， 明 显 有 其 它 水 源 补 给 。② 从 水 质 化 验 结 果 看 ， 3 2 0 5 1工作面各 出水点 S O 。 一 为 6 0 ～8 5 mg ／ L， 指 标 介于 O 。灰水 和 L 灰 岩 水 之 间。③2 0 0 4年 l 1月 1 2 日 3 2 0 5 1工 作 面 突 水 以后 ， 附 近 的 l l ～ 补 7 5长 观 孔 0。 水 位 以 超 常 规 的 速 度 直 线 下 降 ， 由突水前 的l 2 9 ． 7 6 m下降到 l 2月 2 7日的 l l 7 ． 9 6 m， 降深 l 1 ． 8 m， 但 在 2 0 0 5年 7月 5日 以后 ， 由 于 受 汛 期 雨 水 补 给 ， O 。水 位 急 剧 上 升 ， 由 9 3 ． 5 5 m 上 升 1 0 1 ． 4 4 m， 上 升 近 8 m， 8月 4 日4点 班工 作 面 突水 后 ， 该 孔 水 位 基 本 停 止 上 升 ， 8月 1 0日起 水 位开 始 呈 现 出缓 慢 下 降 的趋 势 ， 说明 O。 水 位与 3 2 0 5 1工 作 面底 板 出水之 间 存 在 明 显 联 系 。 根据 以上 分析认 为 3 2 0 5 l工作 面底 板突水 水 源以 O 。灰岩 水为 主 ， 出水 通道 为底 板构 造裂 隙、 采动裂 隙及小断层 ， 但主通道不 明确 。 5 工作 面 治 水 技 术 方 案 根据突水 资料进 行综 合 分析 ， 3 2 0 5 1工 作 面 23 维普资讯 第 3期 水 力采煤与 管道运 输 2 0 0 7 年 9月 突水 特点 ①属 于工作 面采空 区底板 突水 ， 根据 原 始 资料 突水 点 不 明 确 ， 比较 分 散 ， 出水 范 围 大 ， 不利 于封堵 ； ② 突水类 型属底 板裂 隙型突水 ， 没 有 明显 的导水 通道 ， 要 求堵水 的技术 含量高 ， 难 度大 ； ③直接突水水源为 L ～ 。 灰岩裂 隙水 ， 0 灰 岩水参与 ， 且 L ～ 。 灰岩与奥灰之间的连通通道不 明确。根据上述特点， 为了快速 、 有 效、 高质量地 封堵 突水 点 ， 尽快恢 复矿 井正常 生产秩 序 ， 确定 了“ 堵源截 流 、 阻堵结 合” 的治水原 则 ， 制定 了堵 水技 术 方 案 。在 工 作 面 下 副 巷 距 停 采 线 5 3 m 的 位置施工一堵水钻巷 ， 在钻巷 内施工两 个堵水钻 场 ， 针 对 工 作 面 中 部 揭 露 的 断 层 、 停 采 线 下 部 的 矿 山压力集 中区及下 副巷 掘进过 程 出现 的突水 点 ， 首 先设计 了 8个 堵水孔 ， 安排 2台钻机在 堵 水钻巷 的两个 钻场 同时施 工 。在保 证施 工 质量 的前提 下， 为提高 施工 速度 ， 采用 由外 到 里的注 浆顺 序 ， 对水 源层先 注粘 土水泥浆 ， 根据 出水点 跑 浆 情 况 ， 再 加入 海 带 、 锯 末 等软 骨 料 ， 减 缓 水 流 速度 ， 然后注单 液水泥浆进 行加固。堵 水材料主 要 以锯 末 、 海 带 、 单 液 水 泥 浆 为 主 ， 争 取 以 最 短 的 时 问 、 最 快 的 速 度 、 最 好 的 质 量 达 到 最 好 的堵 水 效 果 。 6 工作 面 停 产 前 后 防 治 水 措 施 ①． 工作 面 回采 时加大 放煤 力 度， 保证 采 空 区水路 畅通。工作 面采用编织袋铺底 ， 最 大程度 减少 冲煤 ； 在 支架下 方用坑木 垫底 ， 既减少支架 下沉 ， 又 可 以 阻 水 。工 作 面 采 用 多 趟 2 5 0 mm 胶 管分 段导水 ， 钻巷兼 作疏水 巷或重 做疏水 巷 ， 使 工作 面 内 水 绕 过 机 头 流 向 下 副 巷 水 沟 ， 减 小 冲 煤 。 ②端头及 尾 巷支 木垛 ， 打抬 棚 ， 保证 整 个 下 副巷 水 路 畅 通 。 ③ 在 下 副 巷 中 联 巷 口 以 外 做 4 个 2 0 m 1 ． 5 m1 ． 1 m 沉 淀 池 ， 并 派 专人 清 挖 。 ④ 下 副 巷 做 5个 环 形 水 仓 ， 支 护 形 式 为 l 1 ． 4 m。 U 型 钢 ， 平 巷 段 2 0 m， 两 斜 巷 分 别 为 l 0 m， 水 经平巷沉淀后 流入下 副巷 ， 并执行“ 一备 两用两清挖 ” 制度 。 ⑤在下副巷开掘 4 0 m煤水 分离 巷 ， 安装 了两 级煤 水分离设 备 ， 通 过运行 ， 达 到了较好 的分离 效果 ， 通过 水样 测式 ， 分离 粒度 0 ． 5 mm 以下 ， 煤 水分离率 8 0 9 ， 6 以上 。 下 流水 巷长 2 9 0 m， 用 2 m2 m 木对 棚 支 护 ， 皮带铺底 ， 装煤 编织袋砌 帮 1 ． 4 m， 每 对棚 两 帮各 打一根 圆木 支撑 ， 并用 双抗 网整体 护帮 ， 上 部用小径木搁架接顶 。 ⑦ 外 段 再 开 掘 5 2 0 m 流 水 巷 与 一 3 0 0大 巷 水 路 相 通 ， 里 段 2 7 0 m 与原 下 副 巷 流水 巷 贯 通 ， 流水 巷采用 2 ． 0 m X 2 ． 6 m 木棚 支护 ， 皮带铺 底 ， 装煤 编织袋砌 帮 1 ． 4 m， 每对棚 两帮 各打 一根 圆木 支 护 ， 并用 双抗 网整体 护帮 ， 上部 用小径 木搁架 接 顶 ， 确 保 受 压 后 水 路 畅通 。 ⑧ 流 水 巷 每 周 进 行 两 次 检 查 ， 主 要 检 查 流 水 巷 的 支 护 情 况 和 流 水 情 况 ， 发 现 异 常 现 象 ， 及 时 进行维修处理 。 ⑨ 沿 途 水 沟 安 排 专人 进 行 清 挖 。 7 结语 通过综放工作 面 防治水技术 的应用 ， 使综 放 工作 面 总涌 水 量 由 l 5 0 0 m3 ／ h减 小 到 6 5 0 m 3 ／ h 左 右 ， 综放 工作 面 已经具备 生产条件 ， 不但减 少 了矿井排水费用 ， 而且使 综放工 作面迅速地恢 复 了生 产 。现 综 放 工 作 面 已 经 安 全 回采 l 8 6 m， 采 出煤炭 3 7 ． 5 7万 t ， 创产 值 1 ． 0 8亿元 ， 社 会经 济 效 益 十 分 明 显 ， 确保 了矿 井 稳 定 发展 。 作者 简 介 梁 文立 1 9 6 5 一 ． 男， 郑 煤集 团襞 沟煤 矿 工程 师 ， 1 9 9 1年 7 月毕业 于淮北技 术 学院采 煤专业 。 收 稿 日期 2 00 703 2 9 2 4 欢 迎 投 稿 欢 迎刊 登 广 告 维普资讯