深部开采煤层防治水技术研究.pdf

总第182期 2019年第4期 山西化工 SHANXI CHEMICAL INDUSTRY To t a l 182 No . 4, 2019 奏题讨谑DOI 10. 16525/j. c n ki. c n l4-1109/t q. 2019. 04. 30 深部开采煤层防治水技术研究 段霞 （山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司，山西 晋中 045300） 摘要以Y485里工作面为研究对象，研究了矿井水灾探测技术，采用超高密度电法探测技术和地质雷 达探测技术确定富水危险区域，并通过钻探技术对确定的危险区域进行验证。对于确定的富水危险区 域采用疏水降压与注浆改造的措施进行防治水，并进行效果检验，结果表明取得了良好的防治水效果。 对矿井的安全生产具有重要的意义。 关键词水灾探测；富水区域；疏水降压；注浆改造 中图分类号.TD745 文献标识码A 文章编号1004-7050（2019）04-0 082-03 矿井水灾是现阶段矿井面临的最严重的自然灾 害之一，随着我国矿井开采规模的不断增大,煤矿也 已经逐步进入深部开采，开采过程中出现的水压问 题也越发严峻口监。近些年，我国的矿井发生了一些 煤矿突水灾害，严重影响矿井的正常回采，对矿井的 经济效益造成巨大的影响，甚至一些较为严重的灾 害还会造成人员伤亡⑶。现阶段，我国已经成为受 煤矿水灾害影响最严重的国家之一。根据统计表 明，煤矿突水事故中85为巷道底板高压水通过导 水裂隙进入矿井或者采空区弘刃。而我国华北地区 的煤矿受底板承压水的影响较大，主要原因是其属 于奥陶系灰岩的地质条件,该条件岩层富水性强、水 压高、隔水层薄，断层等构造发育明显，造成该区域 矿井发生突水事故的危险性高。 1工作面概况 平山矿485里工作面为8.9煤层分区，工作 面开采深度一680 m〜一780 m,走向长度762. 5 m,倾 向长度145 m,煤层平均倾角24。。掘进发现，1层〜 2层夹石，且夹石发育较厚、较连续,厚度在1. 0 n i〜 3.5 m,局部受断层及沉积影响夹石厚度可达到 3.5 m以上，夹石岩性多为灰黑色碳质泥岩。该工 作面位于一向斜构造核部一侧，地层产状变化较大。 从风道、溜子道及切眼等巷道的掘进中发现18条断 层，断层发育明显。 Y485里工作面位于煤5〜煤12弱含水层段， 煤层本身赋水性差，但工作面正处于向斜轴核部区 收稿日期2019-08-20 作者简介段霞，女，1986年出生，毕业于中国矿业大学地质工程 专业，本科，助理工程师，从事煤矿地质工作。 域，施工过程中产生的导水裂隙带容易连通上部 5煤底板含水层而出现较大涌水。 2矿井水灾探测技术 2. 1超高密度电法探测技术 超高密度电法探测技术是依据巷道围岩与含水 地质构造的差异，通过使用专门的探测仪器观测巷 道围岩中电参数传导的不同规律，来判定巷道岩层 的不同地质构造情况，通过该性质来区分岩层的含 水特性，从而根据探测的结果制定相应的开采计划 与防治措施，避免发生矿井突水事故。 超高密度电法探测技术是在矿井掘进工作面布 置一定数量的电极，连通直流电后用仪器测定两个 电极之间的电势差来推出对视电阻率剖面，并通过 反演计算得出掘进工作面岩层的电阻率剖面，并依 据不同类型的岩层性质（当岩层为含水岩层时，其电 阻率为低阻；当岩层为一般岩层时，其电阻率为高 阻）来判定掘进工作面是否出现含水层，从而实现超 高密度电法探测技术在超前探测水中的作用。 在该煤矿485里工作面运输巷和回风巷掘进 过程中使用超高密度电法探测技术来判定该工作面 底板的富水异常区和断层导水性质。根据探测结 果，将工作面划分为富水异常区与正常区域，并根据 探测结果做好相应的防治水技术措施，确保矿井的 安全生产。 2. 2地质雷达探测技术 地质雷达探测技术是依据雷达发射的电磁波通 过矿井不同的岩层时会发生不同的反射和透视，将 探测的结果数据化，并通过相应的软件呈现反射波 传播的时间、频率、相位等，并通过传回来的数据来 2019年第4期段霞深部开采煤层防治水技术研究・83・ 确定矿井不同位置岩层的性质，判别岩层的富水性 与地质构造情况。其探测原理如图1所示。 __彳收发转换开关卜 [W1------彳接殳机| 图1地质雷达探测技术示意图 通过地质雷达探测技术可以对矿井的水文地质 条件与构造条件进行精细的探测。在Y485里工作 面采用地质雷达探测技术对矿井的水灾进行探测， 该工作面运输巷与回风巷在掘进过程中主要由该工 作面顶、底板砂岩受断层构造影响破裂形成导水裂 隙带，提供工作面充水水源。通过地质雷达探测技 术在工作面巷道两帮与拱顶0 m〜30 m范围进行探 测,共探测6次,并依据探测结果来确定巷道的富水 异常危险区域，为矿井的防治水提供相应的依据。 2. 3钻探技术 对于采用物探技术与地质雷达探测技术探测出 的富水异常区应当采用钻孔技术进行相应的验证。 根据探测出异常区的位置与巷道掘进的方向来布置 钻孔的参数,一般钻孔的个数大于2个，钻孔超探距 离应当大于30 n i,倾角为一10。〜一20。,其布置示意 图如图2所示。 对于钻孔超探距离的确定是保证钻孔布置中最 重要的一环，而超探距离的确定则是依据公式1 H0. 5KL I3P KP 1 式中K为矿井的安全系数;L为巷道的宽度，m；P 为巷道底板所承受水压，MPa；KP为煤的抗拉强 度，MPa。 根据458里工作面的地质条件，其超探距离 结果如表1所75。 3防治水技术 采用物探与钻探技术确定矿井富水的危险区 域，对危险区域应当超前采用相应的防治水技术措 表1 458里工作面不同水压超前探测距离 煤层底板标高/m-680 -700-720-740 -760 -780 水压/MPa6.716. 917.117. 317. 517.71 超探距离/m66. 1570. 9175. 5979. 5883.5887. 39 建议值/m707579838791 施,确保危险区域的安全生产。矿井超前防治一般 采用疏水降压、注浆改造等技术措施。 3. 1疏水降压 煤矿采用疏水降压防治水，是通过钻孔将岩层 中的奥灰岩水提前释放，水位降低到安全线以下，从 而达到防治水的目的。而疏水降压有全量疏水与局 部限量疏水两种，全量疏水降压是在工作面施工足 够多的钻孔,将工作面中的水降低到安全水位；而局 部限量疏水降压是在底板薄弱区域进行疏水降压， 虽然同样将水位降低到安全水位以下，但是由于底 板的疏水通道依然存在,仍然有可能发生突水事故。 疏水降压的目的是将巷道底板岩层中含水层中的水 进行疏排,将含水岩层的水位疏干变为贫水层，从而 达到工作面不带压开采的目的。 Y485里工作面采用疏水降压的防治措施，其钻 孔布置示意图如图3所示。共布置7组钻孔，每组钻 孔3个，累计施工21个钻孔，钻探进尺1 68 4 mo 3. 2注浆改造 采用注浆改造技术用于煤矿防治水，其原理是 利用注浆液将巷道围岩中原来被承压水占据的裂隙 形成阻水整体，将导水裂隙封堵，底板注浆也进一步 可以提高底板隔水层的厚度，提高抗压强度与抗突 水能力，避免发生矿井突水事故，保证矿井的安全 生产。 Y485里工作面采用注浆改造防水技术措施，采 用扩散半径为20 m左右的注浆液，而在断层或者陷 落柱等复杂地质构造周围采用扩散半径为15 m的 注浆液。采用超前注浆的技术措施在工作面两巷掘 进时对底板进行加固，从而达到注浆防治水的目的。 4效果检验 Y485里工作面富水危险区域采用钻孔疏水降 压与注浆改造后进行防治水效果检验，结果表明，采 山西化工 sxhxgy 163. com・84・第39卷 用该措施后，能减小富水区的水位高度，减少导水裂 隙带，提高底板的抗水强度，具有良好的防治水效 果,对矿井的安全生产具有十分重要的作用。 5结论 1 以Y485里深部工作面为研究对象，分析了 该工作面的地质条件，该工作面在掘进过程中出现 了涌水现象，对于该现象采用超高密度电法探测技 术和地质雷达探测技术进行探测，对探测到的危险 区域采用钻探技术进行验证，从而确定该工作面为 富水危险区域。 2 在Y485里工作面探测到的富水危险区域采 用疏水降压与注浆改造的防治措施进行超前防治 水，并进行效果检验，结果表明该措施具有良好的防 治水效果。 参考文献 [1] 庞乃勇.定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的应 用[J] .煤矿安全,2018,49Su pple 176-80. 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Th e mea su res o f h ydro ph o bic pressu re redu c t io n a n d gro u t in g mo dific a t io n a re a do pt ed t o c o n t ro l w a t er in t h e iden t ified w a t er-ric h da n gero u s a rea s, a n d t h e resu lt s sh o w t h a t go o d w a t er c o n t ro l effec t h a s been a c h iev ed. It is o f grea t sign ific a n c e t o t h e sa fe pro du c t io n o f t h e min e. Key words flo o d det ec t io n； w a t er-ric h a rea s； h ydro ph o bic pressu re redu c t io n； gro u t in g t ra n sfo rma t io n 上接第81页 Study on outburst prevention support technology and safety measures of liaison roadway in Pingshu coal mine DONG Kai, GENG Wenliang Pingshu Company of Shanxi Yangquan Coal Mine Group, Jinzhong Shanxi 045400, China Abstract In o rder t o so lv e t h e pro blem o f effec t iv e su ppo rt a n d sa fe exc a v a t io n o f c o n t a c t ro a dw a y in c o a l a n d ga s o u t bu rst c o a l sea m fa c e, HRB335 h igh st ren gt h left -h a n ded n o n -lo n git u din a l ribbed st eel bo lt w a s a pplied w it h ① 17. 8 mm st eel st ra n d a n c h o r c a ble, a n d a dju st a ble c en t er a rc h h igh st ren gt h pa llet a n d h igh st ress c o re ba ll c u sh io n w ere a do pt ed t o en su re a dequ a t e su ppo rt st ren gt h o f ro a dw a y su rro u n din g ro c k w h ile pro v idin g su ffic ien t su ppo rt st ren gt h . Th e su ppo rt in g bo dy h a s a c ert a in a bilit y o f resist in g defo rma t io n a n d yieldin g pressu re, w h ic h rea lizes t h e effec t iv e su ppo rt o f o u t bu rst c o a l sea m c o n n ec t io n ro a dw a y. Co mpreh en siv e o u t bu rst prev en t io n mea su res su c h a s regio n a l o u t bu rst prev en t io n a n d lo c a l o u t bu rst prev en t io n a re a do pt ed t o fu rt h er en su re t h e sa fe driv in g o f c o a l a n d ga s o u t bu rst c o a l sea m ro a dw a ys. Th is t ec h n o lo gy pro v ides a referen c e fo r t h e sa fe a n d effec t iv e su ppo rt o f min e ro a dw a ys u n der simila r geo lo gic a l c o n dit io n s. Key words c o a l a n d ga s o u t bu rst； ro a dw a y su ppo rt； c o mpreh en siv e o u t bu rst prev en t io n； sa fe exc a v a t io n