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        開元礦井下探放水方案設計及應用

        2022-11-05 03:24:16鄭建龍
        煤炭與化工 2022年9期
        關鍵詞:水壓漏水積水

        鄭建龍

        (華陽集團 開元公司,山西 晉中 045400)

        0 引 言

        開元公司位于山西省壽陽縣城北西14 km 處,西距太原45 km,占地面積27.5 km2。南鄰太舊高速,中部有307 國道,坑口有石太運煤鐵路專線,交通便利。開元礦15402 巷道通過地質勘測,其頂板上方存在采空區(qū)積水問題,給巷道掘進帶來潛在危險。實踐表明,漏水是引發(fā)礦井安全事故的關鍵因素之一,巷道頂部采空區(qū)積水或圍巖積水是導致的巷道頂板漏水的主要因素。針對積水問題,可采取探放水技術進行治理,將采空區(qū)或圍巖內部的積水超前排放,解決頂板漏水隱患。然而,井下工況復雜,探放水作業(yè)中多會出現(xiàn)各種施工問題,影響探放水作業(yè)安全和進度。因此,必須結合礦井實際,對探放水的工藝和技術進行設計,以提高探放水施工技術水平,確保煤炭開采安全。

        1 探放水工程概況

        開元礦15402 巷道位于采區(qū)的北側,該巷道沿著9 號煤底板進行采掘,巷道橫斷面呈矩形,寬度4.6 m、高度3.3 m,總長2 303 m。15402 巷道所在的煤層多為石炭系煤層,煤層厚度3.51~5.8 m,平均厚度4.93 m。煤層工作面周邊區(qū)域未出現(xiàn)明顯的斷層及其他不良狀況,地質構造相對簡單。15402 巷道直接頂圍巖為砂質泥巖,圍巖平均厚度2.63 m。煤炭開采作業(yè)中易出現(xiàn)圍巖壓力波動,導致頂板圍巖發(fā)生斷裂、破碎等問題?;卷斠矊儆谏百|泥巖,平均厚度4.98 m。底板為砂質泥巖、局部細粒砂巖,平均厚度13.7 m。采空區(qū)距頂板約10 m,采空區(qū)存有積水。15402 巷道掘進中容易出現(xiàn)頂板漏水現(xiàn)象,嚴重威脅生產安全,影響施工進度。因此,為確保巷道掘進安全,采取科學的探放水措施。

        2 井下巷道探放水方案設計

        2.1 探放水施工設備選擇

        根據(jù)15402 巷道的實際狀況,進行探放水施工方案的設計。鉆孔設備采用CMSI-8000/90 型礦用深孔鉆車,選擇φ42 mm 鉆頭、φ65 mm 鉆桿,鉆孔深度為70 m。

        2.2 探放水方案中孔位的布置

        為有效保障巷道采掘作業(yè)中的探放水效果,在工作面迎頭區(qū)域布置7 個探放水鉆孔,編號依次為K1~K7。孔深全部為70 m,鉆孔呈扇形分布,具體如圖1 所示。

        圖1 探放水鉆孔的位置分布情況Fig.1 Position distribution of water exploration and drainage borehole

        K1~K4 孔主要用于控制頂板漏水問題,在距離頂板1 500 mm 的區(qū)域實施鉆孔,孔間距為800 mm,鉆孔的仰角均為12°,水平角有所不同,其中K1、K2 鉆孔水平角為0,K3、K4 鉆孔水平角分別為-13°及13°。K5~K7 主要用于控制工作面迎頭漏水問題,在距離頂板2 000 mm 的區(qū)域實施鉆孔,孔間距為800 mm,鉆孔仰角均為0,水平角依次為-8°、0、8°。15402 巷道探放水鉆孔布置參數(shù)詳見表1。

        表1 運輸巷道探放水方案中鉆孔布置情況Table 1 The layout of boreholes in the scheme of water exploration and drainage in transportation roadway

        依據(jù)15402 巷道探放水方案,為確保巷道掘進安全,探放水鉆孔超前保護距離、巷道允許掘進距離、幫距分別為40 m、30 m、16 m。

        3 井下探放水施工及安全措施

        (1)依照探放水方案,準備施工前必須對鉆孔周邊巷道的頂板、圍巖情況進行詳盡檢查。在工作面迎頭2 000 mm 的位置設立一排木樁,樁間距500 mm,確保木樁在頂板和底板之間支撐牢固。然后在木樁上設置擋板,以預防鉆孔施工作業(yè)中發(fā)生突水,對人員、設備造成傷害。在距離工作面迎頭40~50 m 的區(qū)域設置臨時水槽,并配置排水設施,結合施工情況將水槽內的水排至采區(qū)水倉。

        (2)鉆機安裝前必須對安裝區(qū)域進行安全檢查。鉆機要求依照安裝規(guī)范進行組裝,確保鉆機自身穩(wěn)定性。鉆機的停送電必須執(zhí)行票證制度,鉆孔作業(yè)前在孔口部位設置安全設施(如鉆桿逆止閥、孔口管等),以確保施工安全。鉆孔作業(yè)中出現(xiàn)異常,如水壓猛增、煤壁片幫、煤壁松軟等,立即中斷作業(yè),但鉆桿不能取出,將異常問題解決后方可繼續(xù)作業(yè)。如水壓增大,可采用反壓鉆進技術進行作業(yè),同時在鉆機中增設防噴裝置。

        (3)探放水施工中,技術人員要立足現(xiàn)場進行指導,明確鉆孔的布局及技術要求。鉆孔作業(yè)前,依據(jù)水文地質資料計算積水區(qū)的水壓大小,制定應對措施。

        (4)鉆孔作業(yè)中,詳細記錄必要的鉆孔數(shù)據(jù)(如煤層厚度、鉆孔深度等)。每鉆10 m 或鉆具更換時均要進行一次測量,記錄相關數(shù)據(jù)。設瓦斯監(jiān)測專職人員進行瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測。若瓦斯?jié)舛燃眲≡黾?,立刻停止鉆孔作業(yè),在場人員撤離至上風口區(qū)域,并采取瓦斯治理措施,瓦斯?jié)舛冉档秃蠓娇衫^續(xù)鉆孔施工。鉆孔過程中已經(jīng)探到水,則立即對水壓、水質、水量進行監(jiān)測,并采取排水措施,避免對鉆孔作業(yè)帶來不便。鉆孔設計時必須綜合考慮巷道的排水能力。

        (5)針對15402 巷道探放水施工作業(yè)制定針對性的應急預案,對可能突發(fā)的事件進行分析并制定相應的應急措施。

        4 15402 巷道探放水效果分析

        4.1 探放水總量統(tǒng)計

        通過對探放水鉆孔過程中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,探放水總水量時間變化曲線如圖2 所示。從圖2 可知,15402 巷道工作面經(jīng)過探放水鉆孔施工后,探放水總量12 萬m3。探放水初始階段,鉆孔數(shù)量較少并且鉆孔不通暢,因此排水量變化不明顯。隨著鉆孔數(shù)量的增加及鉆孔堵塞問題的消除,排水量呈現(xiàn)迅速增長的趨勢。經(jīng)過進30 d 的排水,放水量趨于穩(wěn)定,該巷道頂板上部區(qū)域采空區(qū)積水基本排除完畢。

        圖2 探放水總水量隨時間的變化曲線Fig.2 Variation curve of total water discharge with time in the process of water exploration and drainage

        4.2 鉆孔水壓效果評價

        以K6 探放水鉆孔為例,分析該鉆孔隨著時間推移的變化情況,如圖3 所示。由圖3 可知,K6探放水鉆孔初始階段水壓約1.6 MPa,經(jīng)過8 d 的放水,水壓降到1.36 MPa。之后的探放水期間出現(xiàn)一定的水壓波動,但總體呈現(xiàn)下降趨勢。

        圖3 K6 探放水鉆孔水壓隨時間的變化情況Fig.3 Variation of water pressure of No.K6 water exploration and drainage borehole with time

        監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)K6 鉆孔水壓峰值為1.65 MPa,后期分析導致該情況的發(fā)生原因主要有:測量誤差;鄰近鉆孔堵塞造成K6 鉆孔水壓局部升高;巷道頂板上部采空區(qū)積水水壓自身不穩(wěn)定等。

        在26 d 后的多次水壓測量中,K6 鉆孔水壓基本位于1.36 MPa 左右,說明經(jīng)過一段時間的探放水,15402 巷道頂板采空區(qū)的水壓處于相對穩(wěn)定狀態(tài),為巷道掘進奠定了基礎。

        5 結 語

        開元礦15402 巷道頂板存在采空區(qū)積水,導致巷道掘進過程中出現(xiàn)頂板漏水現(xiàn)象,威脅巷道安全掘進,影響施工進度。針對這一問題進行分析研究,決定對15402 巷道頂板上方采空區(qū)積水進行探放。根據(jù)開元礦15402 巷道實際狀況,制定了探放水作業(yè)方案,并對施工作業(yè)中的注意事項進行闡述。探放水方案實施后,根據(jù)放水量和探放水鉆孔水壓監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,探放水作業(yè)達到預期的效果,探放水總量12 萬m3,巷道漏水現(xiàn)象顯著減少,為巷道安全掘進奠定了基礎。

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