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标题 煤矿采空区积水探放技术研究与应用
范文 吴磊 赵则龙
摘要:16煤开采的顶板为12煤开采工作面的采空区,采空区积水对16煤工作面掘进和回采存在严重的水患威胁。通过对采空区积水规律的研究,提出在积水采空区下探放水设计方案。该设计方案能安全疏放12煤的采空区积水,确保了16煤工作面安全回采,对同类型条件下的煤层开采具有较强的指导意义。
关键词:采空区 ?探放水 ?钻探设计 ?应用
1 积水区的形成
积水区由开采12下煤1211等工作面所形成,形成时间为:1996年至2005年。如图1所示,根据泉上煤矿采掘工程图运用AutoCAD软件进行统计得出积水区域面积为S=214753.4167m2。根据岩移观测数据得知地表最大下沉量为W=0.5m;老空区工作面采高M=0.8m,煤层倾角α=4.8°。
充水系数为:K=1-W/M=1-0.5÷0.8=0.375
积水量:Q=KSM/cosα
=0.375×214753.4167×0.8÷cos4.8°
=64652.77138m3
图1 ?积水区示意图
2 钻孔设计
矿井12下煤与16煤层间距为50m-60m,16煤运输顺槽掘进的前上方为12下煤老空积水区,选择在16煤16111中运巷道掘进了放水硐室,开展放水工作。
2.1 设钻探备 钻机使用MK-4型,BW-200型注浆泵,BW-200型试压泵。
2.2 放水钻孔位置与参数 在16111中运巷道中共布置三个钻场,沿16111中运巷道距运输大巷位置253.65m处布置第一钻场;沿16111中运巷道在距离第一钻场97.56m处布置第二钻场;沿16111中运巷道在距离第二钻场118.8m处布置第三钻场。第一钻场与第二钻场布置二个钻孔,第三钻场布置一个钻孔。16111中运巷道探放水设计如图2,放水孔参数见表1。
图2 ?16111中运巷道钻场布置示意图
表1 ?放水孔参数
2.3 探水钻孔布置方式 探放水设计钻孔应成组布置,尽可能地一次性打透积水区的最洼点,由于工程限制不能一次打透时,必须从浅部探起,边探放边掘进,保持足够的超前距,直至威胁解除。沿16111中运巷道共布置三个钻场,第一钻场与第二钻场设计不同方位两个孔,第三钻场设计一个孔,钻孔的开孔层位应选择在完整岩石中,以防漏掉老空水,如图3所示。
图3 ?16111中运巷道探放水钻孔布置图
钻孔孔径为75mm,但钻孔到达积水区后,可根据水量、水压、排水能力等情况适当进行扩孔。
2.4 钻孔施工工艺设计 ①开孔用φ133mm圆径钻头扩孔钻进至6m,下φ108mm孔口管6m。②清水冲孔后用425#水泥调浆,用注浆泵井口封闭注浆至井口管外返浆,封闭孔口管。③待水泥凝固后(48小时)用φ89mm钻头扫孔6m。④做孔口管水泥封闭固管耐压试验,压力不小于2MPa,试压时间不小于30min,耐压试验合格后方可施工。⑤孔口安装高压水阀。⑥用φ75mm钻头钻至12下煤的采空区,测水压值与涌水量。⑦加高压阀后,用φ75mm钻头扩孔,正常放水并加水流计测量放水量。
2.5 探放水工程质量要求 必须保证钻孔的质量和准确性。开孔的位置、方位必须由测量挂线给定,倾角用罗盘给定,开孔后进行核实,切实把好开孔关。还要做好孔口管耐压试验。在钻孔过程中,可采用导向钻进,以保证钻孔的精度。在穿透积水区前要安装好控水装置,以便出水后能控制放水量。在实际工作中,当单孔最大水量达到1.67m3/min时,必须控制放水量,防止因排水而冲垮巷道。
2.6 封孔 钻孔放水完毕后及时用水泥浆封孔。使用普通硅酸盐水泥425#水泥,水泥浆配比为1:5.5,强度等级为M10。
3 安全技术要求
①打钻地点必须安设专用电话和充分的照明,清理加固巷道,挖好清水池,安装进水管路。②一定要做好16111中运巷道的排水工作,铺设好排水管路。密切关注钻探过程中的涌水量。③每个钻孔放水量控制在60m3/h左右,一般保证2个孔同时工作。放水期间设专人看守放水孔,监视放水全过程,记录并核对放水量。④建立探水情况记录制度,记录内容见表2。记录表一式三份,一份报地质技术员,以便进行水文地质情况分析;一份存档;一份交接给下一班。
表2 ?探水情况记录表
4 探放水施工效果
本次钻探钻工程在16111中运巷道中共布置三个钻场,第一钻场与第二钻场布置二个钻孔,第三钻场布置一个钻孔,共五个钻孔,根据16111中运巷道施工进度,2011年12月15日开始进行探放水施工,2012年2月28日全部结束,期间放水孔、排水系统和施工巷道均未出现异常,安全掘进巷道640m,疏放12煤采空区积水65000m3,消除了12煤采空区积水对16煤工作面掘进及回采的水患威胁,实现了矿井安全生产。
参考文献:
[1]国家安全生产主监管理总局.煤矿防治水规定[M].北京:煤炭工业出版社,2009.
[2]王宏科.煤矿探放水工程设计优化与实践[J].中国煤炭地质,2012,11(24).
[3]高有存.积水采空区下近距离巷道探放水掘进施工技术[J].煤矿开采,2009.
作者简介:吴磊(1980-),男,山东济宁人,讲师,2006年山东科技大学采矿工程硕士研究生毕业,主要从事煤矿开采技术相关的教学和科研工作。
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更新时间:2025/3/15 21:44:04