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        淺談煤礦工作面頂板出水原因分析及防治措施

        2015-12-22 07:26:24朱俊魁
        科技視界 2015年23期
        關(guān)鍵詞:水倉千秋水渠

        張 洋 朱俊魁

        (河南能源化工集團(tuán)義煤公司千秋煤礦地測(cè)科,河南 三門峽 472300)

        煤礦開采多為地下作業(yè),在井巷開拓和煤層的回采過程中,不可避免地要揭露或波及破壞某些含水層(體)。只要這些工程的作業(yè)場(chǎng)所位于含水層(體)以下時(shí),水體就會(huì)失去原有的平衡,在重力的作用下,以各種形式向井巷或采廠涌出,這既可能是一般的滴、淋水,也可能是突破性的大量涌水,形成水害。這主要取決于作業(yè)場(chǎng)所所處的地質(zhì)構(gòu)造部位,含水層的富水性,可能的補(bǔ)給水量和水壓,以及工程對(duì)各含水層的揭露貫穿或波及破壞程序,因此,煤礦生產(chǎn)建設(shè)過程中,礦井的生存與發(fā)展都與這一切息息相關(guān),水害是煤礦的五大自然災(zāi)害之一。水害的嚴(yán)重程度,受多方面因素影響,如煤礦水文地質(zhì)條件,礦井開拓開采對(duì)地下水原平衡條件破壞等因素。通過對(duì)千秋煤礦礦井水防治工作多年的探索技術(shù)學(xué)習(xí),根據(jù)千秋煤礦的水害特點(diǎn)進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn),已形成了一套煤礦防治水理論,以及對(duì)策方法措施及管理制度??偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)為千秋煤礦防治水工作起到重要作用。

        1 工作面水文地質(zhì)概況

        21172 綜放工作面是千秋煤礦2011 年二一區(qū)東翼投產(chǎn)的唯一一個(gè)綜放工作面,掘進(jìn)期間上巷已揭露F3-6 斷層,該斷層落差大地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜,工作面上巷在1190m 處遇到F3-6 斷層,產(chǎn)狀260°∠80°,h=11m,斷層在工作面中部尖滅。該斷層有三條派生斷層,(1)產(chǎn)狀259°∠85°,h=7m,(2)70°∠71°,h=3.0 和(3)70°∠70°,h=1.3m。斷層帶走向長度為60m。且F3-6 斷層已溝通位于21172 工作面北500m 處的14161 綜采工作面老空水積水區(qū),該積水區(qū)已知積水量80000m3有余,且斷層尖滅位置為富水區(qū)域,含水層又比較發(fā)育。F3-6 斷層為張性正斷層,構(gòu)造斷裂使隔水層與含水層發(fā)生位移巖石破碎,它是造成礦井沖水和透水的主要通道,斷層帶有導(dǎo)水現(xiàn)象,當(dāng)工作面回采至斷層7m 時(shí),平巷老塘頂板開始放出水,9m3/h.水色清、無味,經(jīng)過多次水質(zhì)化驗(yàn)的研究分析充分證明,水源來源于頂板上侏羅系巨厚礫巖含水層水。

        21172 工作面直接頂為灰色、深灰色泥巖,致密塊狀,賦存穩(wěn)定,厚度9.4m~13.5m,隔水性較好。上部為中上侏羅系雜色粉砂巖、細(xì)砂巖、礫巖組成,以礫巖為主,交替出現(xiàn)的混合巖層。該層厚度大,含水性不穩(wěn)定。砂巖和礫巖整體為弱含水層,但由于砂、礫巖層裂隙發(fā)育極為不均,局部存在裂隙強(qiáng)烈發(fā)育而形成強(qiáng)富水區(qū)段。工作面回采后,平均采放高6.2m,按照1:14 冒落裂隙計(jì)算,最大導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度可達(dá)到86m 以上,可以溝通上部多個(gè)含水組(段),甚至受巨厚礫巖含水層的補(bǔ)給。因此,工作面回采過程中可能會(huì)受到頂板水的危害。

        2 積極開展井下物探,掌握水情異常區(qū)域

        21172 工作面2011 年3 月8 日開始回采,于6 月11 日開始出水,由原來的6m3/h 逐漸增加,隨后逐漸增大,最大水量達(dá)386m3/h。截止2014 年9 月實(shí)測(cè)涌水量穩(wěn)定在120~130m3/h。工作面水量之大、持續(xù)時(shí)間之長,均是我礦前所未有的。在工作面防治水方面我礦逐步提高防治水理念,不斷優(yōu)化防排水系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了防治水工作由措施型向工程型的轉(zhuǎn)變,保證了礦井的安全生產(chǎn)。

        為了準(zhǔn)確掌握21172 工作面頂板巖層的含水性,及時(shí)邀請(qǐng)義煤公司防治水研究所對(duì)21172 工作面實(shí)施瞬變電磁勘探,依據(jù)生產(chǎn)地質(zhì)資料和鉆探結(jié)果,劃定頂板水情異常區(qū)兩個(gè)(富水面積分別為9000m2、2400m2)。經(jīng)打鉆驗(yàn)證,出水量分別為2.6m3/h、3.0m3/h。

        3 不斷提高防治水的認(rèn)識(shí),實(shí)現(xiàn)防治水工作由措施型向工程型的轉(zhuǎn)變

        3.1 措施型排水階段

        由于千秋煤礦建礦以來,所有的回采工作面涌水量沒有超過50m3/h,在防治水的認(rèn)識(shí)上存在不足,因此在21172 工作面的防治水初期階段,均采取的措施一是堵:在工作面20 架以下的后部溜子老塘側(cè)至下巷,壘砌一道高度0.8m,厚度0.24m 的磚墻,防止老塘水進(jìn)入后部溜子和轉(zhuǎn)載機(jī);二是順:在墻內(nèi)鋪設(shè)一趟10 寸順?biāo)苈?,向下巷最低點(diǎn)順?biāo)?;三是排:分別在轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾和1050m 巷道最低點(diǎn)處,開挖泵坑,安裝水泵和管路進(jìn)行排水。由于工作面的水量持續(xù)增加,工作面由俯采變?yōu)檠霾?,排水設(shè)備和管路不可靠,造成工作面的安全和生產(chǎn)沒有保障。促使千秋煤礦防治水工作轉(zhuǎn)變觀念,實(shí)施由措施型向工程型的轉(zhuǎn)變。

        3.2 工程型排水階段

        在21172 工作面下巷950m 至780m 下幫,開設(shè)170m 流水巷(巷道斷面10m2),流水巷內(nèi)挖設(shè)水溝寬0.8m,深0.6m,并在流水巷外口做50m3的沉淀池和泵坑,安裝配備BQS100-60/37kw 潛水泵五臺(tái)、BQS100-100/75kw 潛水泵四臺(tái),鋪設(shè)兩趟6 寸、五趟4 寸管路,將水垂直提高13m 后,經(jīng)管路排至下巷口環(huán)形水倉。2012 年元月5 日涌水量達(dá)到386m3/h,為了增加排水能力在下巷環(huán)形水倉處施工一個(gè)第二泵房,安裝MD155-30×10 多級(jí)泵三臺(tái),工作面實(shí)際排水能力達(dá)450m3/h。

        3.3 綜合型排水階段

        為了使流水巷進(jìn)入老塘報(bào)廢后,不影響正常排水,我們開始在工作面下巷780m 至外部環(huán)形水倉掘砌一條暗水渠,暗水渠的具體參數(shù):長度:720m,坡度:7‰,凈寬:0.6m,凈深:0.6m,砌筑0.24m 磚墻。

        水渠埋深1.5m 至3.5m,用水泥進(jìn)行粉刷底、幫,頂部用廢舊軌枕、金屬網(wǎng)和彩條布進(jìn)行封蓋回填,防止水渠坍塌。暗水渠每20m留設(shè)一個(gè)觀察口,便于觀察涌水量。當(dāng)觀察口進(jìn)入老塘前,采用木垛進(jìn)行防護(hù),并建立磚墻截水,使采空區(qū)涌水通過觀察口進(jìn)入暗水渠。

        為了提升21172 工作面下巷外段的排水能力,在下巷停產(chǎn)線處及時(shí)設(shè)計(jì)并組織施工了21 采區(qū)中部水倉,水倉有效容積2000m3,安裝MD280-65x6 多級(jí)泵兩臺(tái)和BQS300-100/75 潛水泵兩臺(tái),通過兩趟8寸和一趟6 寸管路,最終將水全部排至二水平大巷水倉,21172 工作面排水能力達(dá)650m3/h 以上。

        4 結(jié)束語

        自21172 工作面從2011 年6 月初回采遭遇F3-6 斷層帶直至回采結(jié)束,回采期沒有因?yàn)槌鏊绊懓踩a(chǎn),同時(shí)也為千秋煤礦今后的防治水工作提供技術(shù)依據(jù)和參數(shù)??傊?,正確分析礦井、采區(qū)的水文地質(zhì)特征是治理的基礎(chǔ),查清積水區(qū)水源補(bǔ)、徑、排關(guān)系是治理的關(guān)鍵,只有這樣才能確定合理的治理方案。

        實(shí)踐證明,21172 工作面老塘頂板水采用臨時(shí)水倉、流水巷、環(huán)型水倉分級(jí)分段進(jìn)行排放治理,具有經(jīng)濟(jì)、快捷、投入少、效率高等特點(diǎn),并取得了良好的綜合效益。通過不斷地在21172 工作面實(shí)施防治水工程,優(yōu)化升級(jí)防排水系統(tǒng),達(dá)到了21172 工作面“水大不見水,水大不影響生產(chǎn)”的效果,確保了工作面始終保持正常順利回采,減少了大量水泵、管路及電器設(shè)備的投入。每年可節(jié)約電費(fèi)210.06 萬元,節(jié)約工資40.8 萬元。

        [1]于景邨,劉志新,湯金云,王楊州.用瞬變電磁法探查綜放工作面頂板水體的研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007(04).

        [2]種義鋒.淺議水文地質(zhì)對(duì)煤礦防治水工作的重要性[J].礦山機(jī)械,2007(11).

        [3]翟二安.躍進(jìn)煤礦25 采區(qū)煤層頂板出水原因分析及防治[J].煤炭工程,2005(03).

        [4]翟二安,李松營.鐵生溝煤礦采煤工作面頂板出水特征與防治[J].煤炭技術(shù),2005(10).

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