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        煤礦探放水施工存在的問題及處理措施

        2019-06-19 07:23:38
        煤礦現(xiàn)代化 2019年4期
        關(guān)鍵詞:施工

        薛 輝

        (霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦,山西 呂梁 033100)

        1 概述

        1.1 工作面簡介

        店坪煤礦206運輸順槽位于井田二采區(qū),巷道以東為井田邊界,以南為工作面實煤區(qū),以西為采區(qū)大巷,以北為204工作面。206運輸順槽設(shè)計長度為1775m,巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.0m,巷道沿9#煤層頂?shù)装迤叫芯蜻M,工作面標高為+927m;巷道存在偽頂主要以炭質(zhì)泥巖為主,平均厚度為0.5m,直接頂主要以砂質(zhì)泥巖為主,平均厚度為6.7m,基本頂主要以中砂巖為主平均厚度為7.0m,巷道采用綜合機械化掘進施工工藝,截至目前巷道已掘進720m。

        1.2 工作面水文地質(zhì)條件

        206運輸順槽掘進期間頂板主要含水層為石炭系太原組巖溶裂隙含水層,水位標高為+934.5—+937m,主要由灰?guī)r及砂質(zhì)泥巖組成,巖體裂隙發(fā)育,與頂板平均間距為7.5m;灰?guī)r含水層賦水不均勻,局部存在富水區(qū),通過地質(zhì)鉆探預(yù)計巷道掘進至300m、520m、870m、1150m、1560m處局部頂板存在富水區(qū),預(yù)計總積水量達4716m3,積水區(qū)水壓在0.8-1.3MPa之間;受煤層開采影響,冒落裂隙帶發(fā)育,水源主要通過頂板裂隙、垮落和構(gòu)造進入工作面,回采過程中局部頂板出現(xiàn)裂隙淋水,對掘進產(chǎn)生一定影響。

        由于206運輸順槽四鄰關(guān)系明確,且巷道頂板上部為5#煤層未進行采掘活動,四鄰無采空區(qū)和小窯破壞區(qū)域,周邊巷道排水系統(tǒng)完善,所以掘進期間不受不受周邊及頂板上部采空區(qū)積水影響;巷道底板主要以粗砂巖為主,平均厚度為17.5m,通過電法勘探顯示,底板無富水區(qū)。

        2 巷道前期探放水施工主要存在的問題

        2.1 探水鉆孔設(shè)計不合理

        1)206運輸順槽從巷道開口50m開始進行探放水施工,每個鉆場共布置3個鉆孔,鉆孔間距為1.5m,鉆孔布置在距巷道頂板1.8m處,鉆孔深度為70m,允許掘進距離為100m,超前距離為20m,鉆孔傾角為6°,鉆孔水平角為±12°。

        2)根據(jù)工作面水文地質(zhì)條件發(fā)現(xiàn),巷道主要受頂板裂隙含水層水威脅,水位標高在+934.5~+937m,巷道在前期探放水施工時鉆孔深度不符合要求,鉆孔終孔位置未達到積水水位標高,而且巷道斷面相對較大,僅布置三個探水鉆孔,對積水區(qū)域探測范圍較??;通過前期探測發(fā)現(xiàn),巷道在50m~700m共布置30個探水鉆孔,其中在200m以及500m處共有4個鉆孔出現(xiàn)涌水,放水量僅為230m3,其它28個鉆孔為干孔,探水施工后巷道掘進時頂板仍然出現(xiàn)淋水現(xiàn)象,威脅巷道安全掘進,導(dǎo)致巷道掘進效率大大降低,日掘進量僅為3.5m/d。

        2.2 鉆孔封孔工藝差

        1)206運輸順槽前期探水鉆孔安裝孔口管后采用水泥砂漿進行封孔,封孔長度為8m(擴孔深度為8.0m),封孔3h后進行耐壓試驗,耐壓值為0.9MPa。

        2)由于206運輸順槽掘進煤層為石炭系9#煤層,煤層發(fā)育不穩(wěn)定,膠結(jié)穩(wěn)定性差且相對松軟,而水泥砂漿進行封孔時粘性差,在前期進行探放水施工期間共計發(fā)生2次因水壓大發(fā)生噴管事故,而且放水期間位于孔口0.5m范圍內(nèi)煤體出現(xiàn)嚴重滲水現(xiàn)象。

        2.3 安全措施不到位

        由于206運輸順槽前期探放水施工期間安全措施不到位,經(jīng)常發(fā)生探水施工安全事故,主要表現(xiàn)在以下幾方面:

        1)頂板破碎、冒落:9#煤層頂板存在偽頂,主要以炭質(zhì)泥巖維護,平均厚度為0.5m,直接頂主要以砂質(zhì)泥巖為主且裂隙發(fā)育,不穩(wěn)定,鉆孔施工期間受震動影響,巷道頂板出現(xiàn)局部破碎、冒頂現(xiàn)象,在前期探水施工期間共計發(fā)生兩次頂板冒落事故,最大冒落高度達1.9m。

        2)局部瓦斯涌出量大:由于9#煤層直接頂裂隙發(fā)育,局部區(qū)域賦存高濃度瓦斯,前期巷道在400m布置探水鉆孔時受F1斷層影響,鉆孔瓦斯涌出量大,工作面平均瓦斯?jié)舛冗_1.5%,導(dǎo)致工作面出現(xiàn)瓦斯超限斷電現(xiàn)象。

        3 提高探水施工安全效率措施

        3.1 優(yōu)化鉆孔布置參數(shù)

        為了進一步提高探放水施工效率,店坪煤礦對工作面原探水鉆孔各項參數(shù)進行優(yōu)化,具體如下:

        1) 工作面共布置五個探水鉆孔(1#、2#、3#、4#、5#),鉆孔布置在距頂板1.0m處,鉆孔間距為1.0m,鉆孔與巷道成10°仰角布置,鉆孔深度為100m,鉆孔直徑為75mm,巷道允許掘進距離為70m,超前距為30m,如圖1所示。

        2)其中1#鉆孔為中孔,水平角為0°,2#鉆孔水平角為6°,3#鉆孔水平角為12°,4#鉆孔水平角為-6°,5#鉆孔水平角為-12°;1#-5#鉆孔控制幫距為20m,控制頂距為8.5m。

        3.2 采用聯(lián)合封孔技術(shù)

        為了防止放水期間煤壁滲水現(xiàn)象,以及噴孔事故發(fā)生,店坪煤礦通過技術(shù)研究決定采用聯(lián)合技術(shù)進行封孔。

        1)當(dāng)探水鉆孔鉆進9.0m后停止繼續(xù)鉆進,采用直徑為150mm三翼擴孔鉆頭進行擴孔,擴孔深度為8.0m,并及時清理孔內(nèi)煤屑。

        2)在鉆孔上下左右四個方向距鉆孔間距為0.5m處各施工一個注漿孔,注漿孔直徑為30mm,深度為9.5m;注漿孔施工完后采用專用注漿泵依次向各個鉆孔內(nèi)注射馬麗散與催化劑配比為1:1的馬麗散漿液,待煤體漿液滲出時停止注漿。

        3)注漿2小時后安裝孔口管,孔管口長度為8.0m,直徑為120mm,在孔口管與孔口壁之間間隙處插入直徑為20mm的注漿小管,并由里向外向孔內(nèi)注射配比為膨脹劑、固體速凝劑、水以及425#水泥配比為1:1:5:5混合而成的膨脹水泥。如圖2所示:

        圖2 206運輸順槽探放鉆孔聯(lián)合封孔工藝施工示意圖

        4)注漿封孔3h后采用注水耐壓試驗檢驗封孔質(zhì)量,注水壓力不得低于2.0MPa,注水期間孔口管未出現(xiàn)竄動,煤壁未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象且維持0.5h以上視為封孔合格。

        3.3 加強探放水施工安全管理

        3.3.1 頂板安全管理

        應(yīng)加強鉆場附近10m范圍內(nèi)頂板及巷幫支護,可采用架設(shè)鋼棚配合超前支護的方法進行維護。

        1)在距鉆場10m處架設(shè)矩形工字鋼棚,鋼棚間距為1.0m,鋼棚棚腿與巷幫、頂梁與頂板之間間隙填塞長度為1.5m,厚度為5mm,寬度為0.3m木板。

        2)鋼棚架設(shè)至距工作面迎頭3.0m處停止架棚,在工作面頂板安裝絲杠式超前支護,共安裝三根橫梁、四根縱梁,縱梁延伸至工作面端頭并采用絲杠將其與頂板接觸嚴實。

        3.3.2 加強瓦斯監(jiān)測排放

        1)鉆孔施工前應(yīng)在鉆場位置安裝CH4、CO等有害氣體監(jiān)測裝置,鉆孔施工期間應(yīng)安排專職的瓦斯檢查工對鉆場及其附近有害氣體檢查。

        2)在距鉆場15m處安裝一臺功率為5kW的局部通風(fēng)機,并將直徑為500mm的柔性風(fēng)筒延伸至工作面,當(dāng)鉆孔施工期間瓦斯超限時進行專用排瓦斯。

        3.3.3 其它安全措施

        1)鉆孔施工前應(yīng)挖掘一條排水溝并與附近水倉相鄰,確保水倉容積及配套設(shè)備排水能力滿足排水需要。

        2)為了保證鉆機安裝牢固,防止倒機事故法師,鉆機安裝前應(yīng)在安裝位置進行起底澆筑,鉆機安裝后采用“一車四錨”方法將其與底板固定。

        3)鉆水放水期間應(yīng)及時記錄放水量、放水時間,并測水壓,當(dāng)水壓大于1.0MPa時必須在孔口安裝反壓裝置。

        4)鉆孔放水后及時采用水泥砂漿對鉆孔進行全孔封堵,并在其附近施工一個檢驗孔,檢查積水區(qū)是否完全放水完成,若發(fā)現(xiàn)未完全消除積水隱患必須再次施工探水鉆孔進行探放水。

        4 應(yīng)用效果分析

        1)通過對探水鉆孔優(yōu)化后,206運輸順槽在后期掘進期間共布置60個探水鉆孔,其中13個鉆孔出現(xiàn)流水,共計放水量達4270m3,單孔放水量達38.5m3/h,巷道在后期掘進期間頂板未出現(xiàn)局部淋水現(xiàn)象;同時有效的探放水施工,巷道掘進速度提高至8.7m/d,大大提高了巷道掘進效率。

        2)采用聯(lián)合方法進行封孔,提高鉆孔附近破碎煤體膠結(jié)穩(wěn)定性,并使破碎煤體單軸抗壓強度提高至47MPa,后期放水期間未出現(xiàn)煤壁滲水現(xiàn)象;同時采用注水膨脹水泥的方法進行封孔,有效提高了孔口管穩(wěn)固性,在后期放水期間未出現(xiàn)因封孔不牢固,孔口管竄動、滲水、涌水現(xiàn)象,造成巷道透水事故。

        3)通過加強探放水施工期間安全管理,有效保證了巷道頂板穩(wěn)定性,避免了因鉆孔瓦斯涌出量大,工作面瓦斯排放不及時,造成瓦斯超限現(xiàn)象;在后期探放水施工期間未發(fā)生一起頂板冒落,施工人員傷亡以及瓦斯超限斷電事故。

        5 結(jié)束語

        霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦通過技術(shù)研究,對206運輸順槽探放水施工主要存在的問題進行合理分析,并根據(jù)實際情況采取了有效措施,實踐證明采取措施后,提高巷道探放水效率,消除了巷道水害隱患,保證巷道安全快速掘進,取得了顯著成效。

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