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        正幫煤業(yè)防治水措施實(shí)踐與探討

        2021-07-15 03:30:26趙海鵬
        同煤科技 2021年3期
        關(guān)鍵詞:老空煤窯積水

        趙海鵬

        (山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司地測(cè)處山西介休032000)

        1 礦井概況

        近幾年,煤礦老空水害事故頻頻發(fā)生,其原因:主要是以往小煤窯資料缺失,對(duì)小煤窯開(kāi)采范圍、積水分布情況掌握不清,防治水措施落實(shí)不到位等原因。山西省多數(shù)煤礦受老空水威脅,小煤窯破壞嚴(yán)重、積水范圍、空間分布情況不明是防治水最大的困惑,增加了探放水工作量和難度,存在較大安全風(fēng)險(xiǎn),已成為威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要隱患。正幫煤業(yè)隸屬于山西焦煤汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司,井田面積11.651 4 km2,批準(zhǔn)開(kāi)采4-11 號(hào)煤層,生產(chǎn)規(guī)模120 萬(wàn)t/a,地形地貌屬黃土高原低山丘陵區(qū),由3座煤礦整合而成,目前開(kāi)采11號(hào)煤層,斷層、陷落柱較發(fā)育,一采區(qū)還存在古河流沖刷影響;礦井采用斜立井混合開(kāi)拓方式,采用對(duì)拉長(zhǎng)壁后退式開(kāi)采,開(kāi)采深度180 m~230 m左右。

        2 區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)情況

        正幫煤業(yè)井田位于霍西煤田的北部,靈石礦區(qū)西北部,汾孝礦區(qū)交子里精查勘探區(qū)的東南部,霍西煤田的北部,西有呂梁復(fù)式背斜,東有霍山背斜;井田構(gòu)造總體上向北東傾斜,在此基礎(chǔ)上呈褶曲組合構(gòu)造,發(fā)育有S1、S2、S3、S4、S5、S6背向斜褶曲,地層傾角3~14°,有斷層、陷落柱,但不影響采區(qū)合理劃分和采煤工作面連續(xù)推進(jìn)。井田位于郭莊泉域東部邊緣,屬郭莊泉域徑流區(qū),汾河水系,地表水不甚發(fā)育,各可采煤層的最低標(biāo)高均高于奧灰水水位,奧灰水對(duì)煤層開(kāi)采無(wú)威脅。

        3 小煤窯破壞情況及分布特點(diǎn)

        正幫煤業(yè)9號(hào)煤層直接頂板為K2灰?guī)r含水層,周邊礦井已多年開(kāi)采下組煤,對(duì)太灰含水層進(jìn)行了有效疏放,太原組灰?guī)r含水層富水性差,對(duì)煤層開(kāi)采影響較小。正幫煤業(yè)由3座煤礦整合而成,開(kāi)采時(shí)間較長(zhǎng),井田周邊還有7座關(guān)閉小煤窯,井田內(nèi)及周邊有27個(gè)小煤窯井筒,以前小煤窯越界開(kāi)采情況較多,綜合分析在井田內(nèi)共有8處采空積水區(qū),估算積水量為167萬(wàn)m3,對(duì)正幫煤業(yè)安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。9 號(hào)、10 號(hào)煤層破壞嚴(yán)重,11 號(hào)煤層存在空巷,據(jù)小煤窯調(diào)查資料和井下實(shí)際揭露情況,小煤窯采空區(qū)多以兩種形式出現(xiàn)。

        3.1 網(wǎng)狀采空區(qū)

        小煤窯主要以巷道形式進(jìn)行回采(房柱式),破壞區(qū)巷道縱橫交錯(cuò)呈網(wǎng)格狀,采空區(qū)以大量空巷形式存在,多數(shù)發(fā)生冒落,采空區(qū)覆巖沒(méi)有明顯裂隙或彎曲下沉現(xiàn)象,回采率低僅45%左右,原巖莊小煤窯采用這種方式;東西回風(fēng)大巷在掘進(jìn)至N65點(diǎn)前28 m時(shí)開(kāi)始揭露第一條巖莊10 號(hào)煤空巷,之后約每隔25 m~30 m 揭露一條,形成網(wǎng)狀采空區(qū)面積約1 801 536 m2,見(jiàn)下圖。

        圖1 形成的網(wǎng)狀采空區(qū)

        3.2 獨(dú)頭巷道采空區(qū)

        這種形式的采空區(qū)一般開(kāi)采規(guī)模較小,以巷道或掘進(jìn)方式私挖亂采,沒(méi)有工作面設(shè)計(jì),以9 號(hào)煤層為主,9號(hào)煤層頂板為K2灰?guī)r,便于頂板管理,巷道分布極不規(guī)律,當(dāng)時(shí)為了排水常形成獨(dú)頭巷道,或者遇斷層、陷落柱時(shí)形成的獨(dú)頭廢巷等,回采率非常低僅達(dá)25%左右,形成破壞范圍約34 939 m2。例如11101 回風(fēng)順槽施工探巷揭露的9 號(hào)煤層采空巷道,經(jīng)偵查實(shí)測(cè),一條主巷,5個(gè)獨(dú)頭,3個(gè)采場(chǎng),見(jiàn)下圖。

        圖2 9號(hào)煤層采空巷道

        4 老空水防治技術(shù)路線及方案

        (1)以綜合物探和鉆探驗(yàn)證相結(jié)合,嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探、探掘分離”措施為主要手段。

        (2)采用交叉掩護(hù)掘進(jìn)的方式進(jìn)行探放水,始終保持一條巷道超前探放水。采取“長(zhǎng)、短探”相結(jié)合的探放水工藝,長(zhǎng)探保障超前距及幫距,短探主要是加密鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證,以保證不漏掉小窯空巷。

        (3)經(jīng)對(duì)地面廢棄井筒、老空水資料反復(fù)進(jìn)行排查、核實(shí)和地面物探相結(jié)合,廢棄井筒必須用全站儀精準(zhǔn)實(shí)測(cè),初步分析確定老空區(qū)范圍、積水重點(diǎn)區(qū)域。

        (4)針對(duì)小煤窯破壞區(qū)內(nèi)的斷層、陷落柱、物探異常區(qū)等變化地段按積水區(qū)對(duì)待,重點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)。

        (5)對(duì)見(jiàn)采空區(qū)鉆孔、出水鉆孔、地質(zhì)構(gòu)造異常鉆孔進(jìn)行測(cè)井分析,實(shí)現(xiàn)“一孔一視頻”管理。

        5 老空水防治措施

        5.1 排查、核實(shí)和搜集小煤窯資料

        (1)由專人負(fù)責(zé)調(diào)查,老空區(qū)及廢棄井筒調(diào)查做為礦井地質(zhì)工作的重要組成部分來(lái)進(jìn)行管理和考核,全面搜集、整理、分析調(diào)查成果,完善相關(guān)圖紙及臺(tái)賬,編制專項(xiàng)小煤窯調(diào)查成果報(bào)告,每季度進(jìn)行一次,雨季期間增加調(diào)查次數(shù)。重點(diǎn)調(diào)查、核實(shí)井筒的落底層位、充填情況,小窯建井和關(guān)閉時(shí)間、開(kāi)采煤層、積水位置,并對(duì)所有廢棄井筒的位置利用全站儀進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。

        (2)對(duì)各時(shí)期的老窯或采空積水區(qū)實(shí)行“三線”管理,對(duì)所有非本礦開(kāi)采形成的老窯積水區(qū)的探水線外推距離不得小于300 m,采掘活動(dòng)在接近探水線時(shí)必須嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦防治水細(xì)則》第43、44 條和《山西省煤礦老空水害防治工作規(guī)定》要求。

        (3)小煤窯調(diào)查內(nèi)容、臺(tái)賬、圖紙實(shí)行“三統(tǒng)一”管理,對(duì)調(diào)查和井巷揭露的空巷及時(shí)上圖不斷更新完善。

        5.2 地面物探探測(cè)

        地面物探主要采用瞬變電磁法??傮w上看,地面瞬變電磁探測(cè)對(duì)大的積水區(qū)能夠反應(yīng)出低阻異常;2019年4月對(duì)二采區(qū)進(jìn)行了地面物探,圈定4 個(gè)低阻異常區(qū),同時(shí)對(duì)地面物探解釋的采空及采空積水異常區(qū)施工5 個(gè)驗(yàn)證鉆孔,其中2 個(gè)鉆孔見(jiàn)采空,其余3 個(gè)鉆孔有可能打到煤柱,下一步有待井下進(jìn)行驗(yàn)證。

        5.3 井下物探探測(cè)

        井下物探采用兩種方法進(jìn)行超前探測(cè),相互驗(yàn)證,以瞬變電磁探測(cè)為主,查清采掘工作面及周邊老空水、含水層富水性及其地質(zhì)構(gòu)造等情況。

        (1)一種使用YCS40(A)型礦用瞬變電磁儀,對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行超前探測(cè),常規(guī)探測(cè)5個(gè)方向:頂板10°、頂板20°、頂板30°、順層0°、底板-10°,每個(gè)探測(cè)方向12個(gè)點(diǎn),共60個(gè)物理點(diǎn),疊加參數(shù)設(shè)置為64次。在東西輔運(yùn)大巷J27點(diǎn)前161 m,超前探測(cè)存在低阻異常,見(jiàn)圖3;經(jīng)鉆探驗(yàn)證,累計(jì)疏放積水約1.3萬(wàn)m3。

        圖3 超前探測(cè)

        (2)另一種使用YD32(A)直流電超前探測(cè),供電電極A1、A2、A3 間距為4 m,A1 距迎頭約4 m,接收電極M、N間距為4 m。在主運(yùn)大巷P19點(diǎn)前6 m處,超前探測(cè)存在低阻異常,見(jiàn)下圖;經(jīng)鉆探驗(yàn)證和巷道揭露,在P19點(diǎn)前35 m、47 m處分別揭露小窯空巷,空巷內(nèi)無(wú)大面積積水,積水深0.3 m,巷道頂板垮落嚴(yán)重。

        圖4 超前探測(cè)

        5.4 井下鉆探工程

        掘進(jìn)期間以鉆探為主,嚴(yán)格執(zhí)行“物探先行、鉆探驗(yàn)證”綜合探測(cè)程序和“長(zhǎng)、短探”相結(jié)合的探放水工藝。根據(jù)老空區(qū)調(diào)查資料、地面和井下物探成果,確定探放水的重點(diǎn)位置,根據(jù)煤層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相鄰工作面揭露空巷情況確定探放水的重點(diǎn)層位。11 號(hào)煤平均厚3.1 m,10 號(hào)煤平均厚1.2 m,9 號(hào)煤平均厚1.5 m,11號(hào)煤與10號(hào)煤的層間距平均3.5 m,10號(hào)煤與9號(hào)煤的層間距平均3 m;根據(jù)調(diào)查資料,9號(hào)、10號(hào)煤層破壞嚴(yán)重,11 號(hào)煤層存在空巷。巷道沿11 號(hào)煤層頂板掘進(jìn),工作面超前鉆探采取“長(zhǎng)、短探”相結(jié)合的方式布置,長(zhǎng)探設(shè)計(jì)12 個(gè)鉆孔,11 號(hào)煤長(zhǎng)探孔原則上布置5 個(gè)鉆孔,上部9號(hào)、10號(hào)煤層7個(gè)鉆孔,上部鉆孔終孔打到9號(hào)煤層頂板K2灰?guī)r,詳見(jiàn)下圖。

        圖5 鉆孔設(shè)計(jì)圖

        短探鉆孔8個(gè),順層方向3個(gè),頂板方向5個(gè),短探鉆孔必須在長(zhǎng)探鉆孔允許掘進(jìn)距離內(nèi)施工,布置于長(zhǎng)探孔之間或外側(cè),“短探”鉆孔在每天檢修班施工,短探超前距不得小于5 m;對(duì)9號(hào)、10號(hào)煤層充分利用其層間距,采取高角度短距離分段探測(cè),上、下山巷道或?qū)娱g距發(fā)生變化采用不同的分段長(zhǎng)度。

        當(dāng)井下物探成果存在低阻異常時(shí),針對(duì)低阻異常區(qū)結(jié)合水文地質(zhì)條件,制定專項(xiàng)探放水設(shè)計(jì),加密鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證。

        斷層、陷落柱附近往往是老空水多發(fā)部位,因小煤窯在掘進(jìn)期間遇斷層或陷落柱往往停掘而形成獨(dú)頭積水巷道,或因斷層上下移動(dòng)而改變層位,巷道遇地質(zhì)變化,綜合分析巷道所在層位和可能積水巷道的空間關(guān)系,制定專項(xiàng)探放水設(shè)計(jì)加密鉆探驗(yàn)證。對(duì)特殊地段的探放水作業(yè),地測(cè)部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)親自跟班,確保探放水質(zhì)量。

        6 深刻汲取水害事故教訓(xùn),加強(qiáng)防治水工作管理

        老空水防治除嚴(yán)格落實(shí)防治水措施外,還應(yīng)加強(qiáng)防治水工作管理,踏踏實(shí)實(shí)做好以下5個(gè)方面。

        (1)定期組織礦中層干部和技術(shù)人員培訓(xùn)學(xué)習(xí),逐步提升管理技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平和處置水災(zāi)的應(yīng)急能力,因制定和落實(shí)措施均有管理人員執(zhí)行,人員管理應(yīng)放到第一位。把全員防治水知識(shí)培訓(xùn)、水害事故案例的學(xué)習(xí)教育、透水征兆知識(shí)的培訓(xùn)和水害應(yīng)急演練等作為礦井防治水工作的一部分,長(zhǎng)期開(kāi)展下去。

        (2)深刻汲取水害事故教訓(xùn),用水害事故教訓(xùn)典型案例時(shí)刻提醒自己,警鐘長(zhǎng)鳴。

        (3)必須克服僥幸心理和麻痹思想。存在老空水威脅的區(qū)域踏踏實(shí)實(shí)將探放水工作做細(xì)、做實(shí)(物探、鉆探),若心存僥幸,則可能釀成惡果;老空區(qū)充水條件非常復(fù)雜,小窯采掘?qū)游?、巷道布置及井筒落底層位不清,無(wú)圖紙、無(wú)資料,導(dǎo)致防治水工作難度大,風(fēng)險(xiǎn)程度高,當(dāng)接近小窯采空區(qū)時(shí),要不折不扣執(zhí)行“有掘必探”,決不能心存僥幸。

        (4)嚴(yán)把探放水鉆孔設(shè)計(jì)、施工、有效進(jìn)尺驗(yàn)收及允許掘進(jìn)通知單下發(fā)關(guān),落實(shí)“三方”領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任,設(shè)計(jì)由礦總工程師負(fù)責(zé),施工由生產(chǎn)礦長(zhǎng)負(fù)責(zé),驗(yàn)收由安全礦長(zhǎng)負(fù)責(zé),未下發(fā)允許掘進(jìn)通知單嚴(yán)禁施工。

        (5)做好采掘工作面水文地質(zhì)情況分析(評(píng)價(jià))工作,對(duì)各時(shí)期的老窯或采空積水區(qū)實(shí)行“三線”管理,對(duì)老空水推行四步工作法“一查全、二探清、三放凈、四驗(yàn)準(zhǔn)”,隱患未查明、水害未消除嚴(yán)禁施工。

        7 結(jié)語(yǔ)

        受老空水威脅的礦井小窯巷道布置錯(cuò)綜復(fù)雜,毫無(wú)規(guī)律可循,采取多種有效手段探測(cè),可防止水害事故發(fā)生。嚴(yán)格落實(shí)“物探先行、鉆探驗(yàn)證、化探跟進(jìn)”的綜合防治水措施,在開(kāi)掘工作面要求物、鉆探全覆蓋,在開(kāi)采厚煤層且受小煤窯破壞區(qū)域?qū)嵭小伴L(zhǎng)、短探”相結(jié)合探放水工藝,在部分工作面采取“物探+鉆探+巷探”等多種手段,在實(shí)踐過(guò)程中是有必要的,在嚴(yán)格落實(shí)措施的情況下,可確保工作面安全生產(chǎn)。

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