榆树坡煤矿5105工作面底板富水异常区治理技术

值相对较弱;其中 170 ~ 220 m 异常主要集中在深部, 260 ~ 290 m 异常主要集中在底板下 30 ~ 60 m;3 号异 常位于 0# 点沿巷道向东北 450 ~ 520 m、560 ~ 600 m, 异常范围相 对 较 大,异 常 幅 值 相 对 较 强;其 中 450 ~ 520 m 异常贯穿整个探测深度,520 ~ 640 m 异常主要 集中在浅部。 4 号异常位于 0#点沿巷道向东北 870 ~ 960 m、1 040 ~ 1 160 m、1220 ~ 1 240 m,异常范围相对 较大,异常 幅 值 相 对 较 强;其 中 870 ~ 960 m、1 040 ~ 1 160 m 异常贯穿整个探测深度,1 220 ~ 1 240 m 异 常仅集中在底板下 40 ~ 70 m;5 号异常位于 0# 点沿巷 道向东北 1 340 ~ 1 440 m、1 520 ~ 1 560 m,异常范围 相对较大,异常幅值相对较弱。 3 注浆钻孔布置 3. 1 钻孔平面布置
针对首采面富水异常区,采用音频电穿透和直流电法 两种电法探测技术进行综合物探。 2. 2. 1 音频电穿透技术
音频电穿透[4] 设计布置两顺槽发射点的间距为
50 m,接收点距 10 m,共计 60 个发射点、294 个坐标 接收点。 针对每个发射点,在另一巷道与之对称点附 近一定区段进行扇形扫描接收,每个发射点一般对应 10 ~ 20 个接收点。 施工时采用 15 Hz、120 Hz 双频点 进行测量。 5 煤底板下 60 m 范围内砂泥岩和灰岩的 富水异常情况见图 3.
图 3 首采面底板下 0 ~ 60 m 层段音频电穿透平面异常图
工作面底板下 0 ~ 60 m 层段范围内地层综合电 导率值为 0. 33 ~ 1. 13 S / m,平均值为 0. 66 S / m,标准
偏差为 0. 12 S / m, 根 据 数 据 统 计 选 定 异 常 阀 值 为 0. 75 S / m,即综合电导率值大于阀值的为异常区。 首
关键词 带压开采;综合物探技术;构造发育区;富水异常区;超前预注浆 中图分类号:TD166 文献标识码:B 文章编号:1672-0652( 2021)05-0031-05
1 矿井概况 山西宁武榆树坡煤业有限公司位于山西省宁武
县城东北约 2 km 处,行政隶属宁武县凤凰镇和阳方 口镇两镇管辖。 井田地处晋北山区,沟谷纵横,梁峁 绵延, 地 形 比 较 复 杂, 呈 中 低 山 地 貌。 最 高 海 拔 1 665. 1 m; 最 低 海 拔 1 323 m, 最 大 相 对 高 差 342. 1 m. 井田面积 15. 02 km2,地质储量 3. 8 亿 t,可 采储量约 1. 4 亿 t. 全区含煤 8 层,其中 2、5 号煤层 为 全 井 田 稳 定 可 采 煤 层。 2 号 煤 层 厚 度 2. 55 ~ 6. 41 m,平均 4. 42 m. 顶板岩性为粗中砂岩,底板为 砂质泥岩。 5 号煤层厚度 13 ~ 16 m,平均 15. 07 m.
图 1 首采面槽波透射 CACT 成像结果图
2021 年第 5 期
图 2 首采面槽波透射 RACT 成像结果图
探测区域内共解释断层 5 条,均为正断层,分别 落差大于 1 / 2 煤 厚 小 于 煤 厚,DF42、DF45、CF1 落 差 命名为 DF41、DF42、DF45、DF53、CF1. 其 中,CF1 为 在 1 / 2 煤厚左右;按可靠程度分,均为可靠断层。 槽 新发 现 断 层, 修 正 三 维 解 释 断 层 走 向 及 位 置 4 条 波地震探查成果表见表 1. ( DF41、 DF42、 DF45、 DF53 ) ; 按 落 差 分, DF41、 DF53
第 5 期 2021 年 5 月
·技术经验·
山西焦煤科技 Shanxi Coking Coal Science & Technology
No. 5 May. 2021
榆树坡煤矿 5105 工作面底板富水异常区治理技术
狄应龙
( 山西宁武榆树坡煤业有限公司, 山西 宁武 036700)
表 1 槽波地
DF41 DF42 DF45 DF53 CF1
走向
NE NEE NNE NNW NE
落差 / m
>1 / 2 煤厚 1 / 2 煤厚 1 / 2 煤厚 1 / 2 煤厚 1 / 2 煤厚
工作面内延伸长度 / m
1 125 415 435 175 545
收稿日期:2021-03-25 作者简介:狄应龙( 1973—) ,男,山西五寨人,1995 年毕业于杭州煤炭工业学校,工程师,主要从事煤矿地质管理工作 ( E-mail) dyldyl666@ 163. com
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山西焦煤科技
槽波透射 CACT 成像结果见图 1,槽波透射 RACT 成 像结果见图 2.
槽波地震 勘 探[1-2] 可 以 探 查 小 断 层、陷 落 柱、煤 层分叉与变薄带、采空区及废旧巷道等地质异常,具 有探测距离大、精度高、抗干扰能力强、波形特征较易 于识别及最终成果直观的优点。
为了进一步查明首采面隐伏地质异常体的发育 情况,采用槽波探 测 技 术, 确 定 采 用 全 排 列 的 采 集 方 案,以最大限度地接收有效数据,提高成像精度。 沿 进 风巷 两 侧 帮 、回 风 巷 两 侧 帮 、 切 眼 布 置 激 发 点 和 接 收点。 首采面进风巷两侧帮、回风巷两侧帮、切眼激 发点与接收 点 布 置 如 下: 接 收 点 间 距 10 m, 共 布 置 609 个;激发点间距 20 m 炮距,布置 369 个。 首采面
直流电法测深[5-7] 设计点距为 10 m,回风巷布置 147 个物理点,进 风 巷 布 置 147 个 物 理 点,选 取 最 小 极距 20 m,最大极距 120 m 的三极装置进行探测,探 测深度可达 80 m. 首采面直流电测深视电阻率断面 异常图见图 4.
图 4 首采面直流电测深视电阻率断面异常图
1) 上巷底板视电阻率断面异常特征。 上巷底板下共存在 5 处低阻异常区。 1 号异常
位于 0#点沿 巷 道 向 东 北 0 ~ 60 m, 异 常 范 围 相 对 较 小,异常幅值相对较弱,异常主要集中在底板下 20 ~ 80 m;2 号 异 常 位 于 0# 点 沿 巷 道 向 东 北 170 ~ 280 m、 300 ~ 320 m,异常范围相对较小,异常幅值相对较弱, 其中 170 ~ 280 m 异 常 中 心 主 要 集 中 在 深 部,300 ~ 320 m 异常主要集中在底板下 40 ~ 60 m;3 号异常位 于 0#点沿巷道向东北 360 ~ 560 m、560 ~ 680 m,异常 范围相对较大,异常幅值相对较强,其中 360 ~ 560 m 异常主要集中在中深部,560 ~ 680 m 异常主要集中在 浅部;4 号异常位 于 0# 点 沿 巷 道 向 东 北 840 ~ 960 m、 970 ~ 1 020 m、1 110 ~ 1 220 m,异常范围相对较大,异 常幅值相对较强,970 ~ 1 020 m 异 常 范 围 较 小,仅 在 80 m 以深层段 发 育;5 号 异 常 位 于 0# 点 沿 巷 道 向 东 北 1 250 ~ 1 400 m、1 530 ~ 580 m,异常范围相对较大, 异常幅值相对较强。
2) 下巷底板视电阻率断面异常特征。 下巷底板下共存在 5 处低阻异常区。 1 号异常 位于 0# 点沿巷道向东北 0 ~ 80 m、100 ~ 140 m,异常范 围相对较大,异常幅值相对较强,其中 0 ~ 80 m 异常 主要集中在中深部;2 号异常位于 0# 点沿巷道向东北 170 ~ 220 m、260 ~ 290 m,异常范围相 对 较 小,异 常 幅
840 ~ 950 m、1 050 ~ 1 250 m,异 常 范 围相 对 较 大,异 常幅值相对较强。 5 号异常主要在上巷 0# 点沿巷道 向东北 1 420 ~ 1 430 m、1 500 ~ 1 530 m 以及下巷 0# 点沿巷道向东北 1 400 ~ 1 420 m、1 540 ~ 1 560 m,异 常范围相对较小,异常幅值相对较弱。 2. 2. 2 直流电法测深技术
摘 要 榆树坡煤矿 5 号煤层首采面为带压开采工作面,且工作面内部发育有多条断层,使得该 面在回采期间发生底板奥灰突水事故的可能性增加。 为了实现该面安全带压开采,在该面回采前,对 工作面采取综合物探方法探查构造发育区及富水异常区,底板超前预注浆工艺加固隔水层改造含水 层。 通过底板注浆治理工艺,该面实现了安全带压开采,取得了良好的经济效益,为该矿井及周边带 压开采矿井提供了防治水思路,社会效益显著。
依据物探成果显示低阻异常区、构造发育块段重 点加密布设钻孔,其他区域兼顾探查治理原则,对首 采面注浆钻孔进行钻探钻孔参数设计。 注浆钻孔平 面布置图见图 5. 3. 2 钻孔结构
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狄应龙:榆树坡煤矿 5105 工作面底板富水异常区治理技术
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采面 0 ~ 60 m 层段范围内共发现 5 处异常区段。 1 号 异常主要在上巷 0#点沿巷道向东北 50 ~ 70 m 以及下 巷 0#点沿巷道 向 东 北 0 ~ 50 m,异 常 范 围 相 对 较 小, 异常幅值相对较弱;2 号异常主要在下巷 0# 点沿巷道 向东北 210 ~ 230 m、300 ~ 340 m、410 ~ 430 m,异常范 围相对较小,异常幅值相对较弱;3 号异常主要在上 巷 0#点沿巷道向东北 490 ~ 550 m、580 ~ 610 m 以 及 下巷 0#点沿巷 道 向 东 北 500 ~ 640 m,异 常 范 围 相 对 较大,异常幅值相对较强。 4 号异常主要在上巷 0# 点 沿巷道向 东北 850 ~ 920 m、1 100 ~ 1 120 m、1 250 ~ 1 360 m 以及 下 巷 0# 点 沿 巷 道 向 东 北 760 ~ 780 m、
主要地质构造以北北东向新华夏系构造为主,发 育为北东向 区 域 张 性 大 断 裂 为 主, 一 般 断 层 规 模 较 大。 断距 2 ~ 48 m,平均 5 ~ 9 m. 全井田经 3 次三维 地震及精细解释探明断层条数 54 条,其中正断层 52 条,逆断层 2 条。
5 煤位于太原组下部,结构复杂,含 1 ~ 6 层夹矸, 为全区稳定开采的巨厚 煤层。 工作面附近施工 的 ZK702 钻孔煤厚 16. 27 m, 煤层结构较简单,含夹矸 4 层,为稳定可采的巨厚煤层,其顶板为泥岩,厚度 22. 65 m,底板为砂质泥岩,厚度 2. 6 m. 5105 面为矿
三维解释情况
性质
落差 / m
正断层
0 ~ 13
正断层
0~7
正断层
0~8
正断层
0 ~ 10
控制程度
可靠 可靠 可靠 可靠 可靠
勘探前后对比
北侧偏移最大处 75 m 基本一致
北侧偏移最大处 16 m 新解释南侧延伸 新发现
2. 2 富水异常区物探探查技术 采用电法 探 测 技 术[3] 对 富 水 异 常 区 进 行 探 测。
井 5 号 煤 首 采 工 作 面, 上 部 为 1201 采 空 区 和 1201 小 1 采空区,四周无其他采空区存在。 工作面进风顺 槽长 1 496 m,回风顺槽长 1 511 m,倾向长 177 m. 煤 层倾角 2° ~ 11°,平均 6°,工作面标高 +980 ~ 1 115 m. 除切眼位置小范围不带压外,工作面其它区域受奥灰 水威胁,需带压开采。 工作面底板隔水层承受奥灰水 压 0. 34 ~ 1. 5 MPa,突水系数小于 0. 06 MPa / m,由于 工作面内构造发育,采掘过程中具有突水危险性。 2 构造发育区及富水异常区的确定 2. 1 构造发育物探探查技术