采煤工作面底板加固和含水层改造防治水方法

采煤工作面底板加固和含水层改造防治水方法

李　飞,安栓志,高　琪

(永城煤电集团公司车集煤矿,河南永城476600)

摘　要:永城煤电集团公司车集煤矿水文地质条件相对复杂,在采煤生产过程中多次发生工作面突水事故,严重影响矿井的安全生产和经济效益。该矿经过认真细致的研究,提出了采煤工作面底板加固和含水层改造的防治水方法,并取得了显著效果。

关键词:工作面防治水;底板加固;含水层改造

中图分类号:T D74 文献标识码:B 文章编号:1008-8725(2004)11-0075-02

0　前言

永城煤电集团公司车集煤矿,设计年产180万t,主采煤

层为二叠系山西组二

2

煤层,矿井水文地质条件复杂。自1999年底投产以来,连续5次发生工作面底板突水事故,先后淹掉3个综采工作面和2个炮采工作面,经济损失较大。2002年成立了专门的防治水机构,针对矿井的水文地质条件,采取了底板加固和含水层改造的防治水方法。

1　矿井水文地质条件

车集煤矿主采煤层为二叠系山西组二

2

煤层,下距石炭系上段灰岩含水层组50m左右,该含水层组有6层石灰岩组成,层间夹有泥岩及砂质泥岩,各层灰岩层位稳定,裂隙发育,富水性强,渗透系数一般为2～20m/d,水压4～6MPa,各含水层之间存在水力联系,是工作面发生突水的主要水源。煤层底板岩层是一组砂、泥岩互层的隔水层组,由于地质构造复杂,隐伏断裂发育,构成高压水的导水通道。在煤层开采过程中由于地压和水压的共同作用,地下水沿着通道进入工作面,发生突水,而且突水量大,来势凶猛,不易疏干。

2　工作面突水可能性分析

主采煤层底板隔水层厚度为50m,由砂、泥岩组成,抗压强度低(1157～5188MPa)。根据经验,回采时受采动影响底板直接破坏深度为10～17m,剩余有效隔水层厚度仅有35 m,底板承受水压值为5MPa。根据公式计算,煤层底板隔水层有效安全厚度应大于50m,而实际仅有35m,远远小于安

全厚度,可能发生底板突水;再根据底板水压应力比I

p

随底板突水阻抗因子和底板导水裂隙发展因子直至突水的尖点

突变模型规律可知I

p

>1,同样可能发生突水;加之局部地段存在原始导高,更增加了突水的可能性。因此,工作面开采时底板岩层受矿山压力和底板承压水静水压力共同作用下必将引发突水。

3　工作面防治水方案

311　缩短工作面倾斜长度

工作面斜长对底板突水的影响比采深、煤层倾角、底板岩体力学强度等都明显,因为短壁采煤法可有效地阻止底板破坏强度,缩小破坏深度,有效地阻止底板承压水的侵入。用数理统计方法,提出了适合车集矿水文地质条件的合理工作面斜长为40m,可有效地控制工作面突水。要加大工作面斜长,必须采取底板加固和底板含水层改造,防止底板突水。312　工作面底板加固和含水层改造

工作面底板加固是对底板隔水层薄弱带进行注浆强化处理,使其有较强的抗采动能力,达到安全生产的目的,尤其对存在原始断裂构造地段进行注浆加固,具有重要意义。含水层改造是通过钻探注浆把含水层内的地下水置换到采场外,并占据贮水空间,切断工作面突水水源。底板加固和含水层改造是防止工作面发生突水的重要措施。

31211　底板加固和含水层改造的方案设计

在工作面上下巷道内每隔一定距离布置一个钻探注浆硐室,在硐室内向工作面扇形布置钻孔(如图1所示)。

根据以往钻探注浆经验,在该矿底板含水层中注浆,浆液扩散半径可达20～30m,终孔层位设计在石炭系含水层L10中下部。

31212　钻孔参数确定

由于矿井地下水压较高,一般为4～6MPa,煤层底板岩层软弱,施工钻孔时孔口管长度必须下入16～20m,注浆加固,且必须做耐水压试验,试验耐压值必须在15MPa以上,钻孔周围无底鼓和漏水现象。开孔孔经<133mm,孔口管直径<108mm,终孔直径<75mm。孔深根据钻孔具体位置而

炮地点选择等,并充分考虑冲击地压可能的影响范围。

(4)采取强制放顶措施,确保瓦斯抽放正常,且应在上隅角“T”形网管抽放浓度低于2%的情况下进行。

(5)根据现场瓦斯情况,靠上隅角10～15m范围内的地段应采取放炮以外的其它预裂顶板的措施。

(6)采取强制放顶措施前,应对综采支架进行补液及加强维护,确保其工作阻力满足要求,放炮前应采取保护支架、电缆及其它设备的措施,放炮应从下往上逐段进行。

(7)强制放顶期间,应设专人观察顶板动态情况,通风部门应分析其瓦斯涌出规律,便于出现异常情况时立即采取相应措施,强制放顶后,应进行效果确认。

4　结束语

木冲沟矿41107工作面采取强制放顶措施时,由于措施准备充分,顶板冒落状况良好,且未发生其它意外事故。但由于放顶后的大量瓦斯涌出,导致采面被迫停产,未采取瓦斯治理的补救措施,给矿井的连续生产造成了较大影响,从而导致了不必要的经济损失。因此,应切记“瓦斯治理、刻不容缓”。

收稿日期:2004-06-06;修订日期:2004-09-28

作者简介:李飞(1969-),男,河南南阳人,工程师,1993年毕业于中国矿业大学地质系,现在永城煤电集团公司从事矿井防治水工作。

浅谈瓦斯监测系统的管理

王功进

(鸡西矿业集团公司张新煤矿,黑龙江鸡西158100)

中图分类号:T D712 文献标识码:B 文章编号:1008-8725(2004)11-0076-02

0　概述

瓦斯监测系统由以瓦斯传感器为主,其它传感器为辅的数据采集部分和地面计算机系统数据处理部分,以及井上下数据通道三部分组成。它具有监测监控功能,对探头采集的数据时时处理分析,达到显示、报警、打印、保存、传输数据,发出控制指令等,做到即时监测,控制的目的。存储的瓦斯数据变化状态给通风专业人员对井下巷道及采掘工作面的风量分配以及科学管理好瓦斯,提供了可靠的依据,也为将来的安全生产提供了数据保障。

1　完善瓦斯监测系统的几个方面

111　选择最好的瓦斯监测系统

要想使瓦斯监测系统管理好瓦斯,避免重大事故的发生,适应安全生产的需要,就必须选择知名度高,不断地完善

系统软件,开发计算机资源,终身免费软件更新和售后服务信誉好,国家承认的优质产品,并且该软件系统运行稳定可靠数据准确,使用单位人员工作量极小,井上下人为控制方便,数据抗干扰能力强,操作简单,井下探头声光箱一体化使用双芯线或三芯线,与分站配套。井下分站数据与地面主机数据同步无误差,适应多参数、多功能,并且满足煤矿不断发展的需要,避免瓦斯、粉尘、水灾、火灾和顶板五大自然灾害的伤害,全面实现智能化,自动化。112　监测人员有良好的素质

瓦斯监测系统是高科技的产品,要想有效的应用它,必须具备专业知识的人来管理,使其发挥最好的效应,需要以下两方面人才和行之有效的制度。

(1)监测系统管理人员。爱好半导体无线电控制技术,必须具备计算机专业、通风专业和机电专业等知识,既有责任感,又有创新意识,爱岗敬业,并能够勤奋好学不断完善自定,一般在100～200mm 之间

。

图1　工作面钻孔布置图

31213　注浆参数确定

注浆材料采用425#普通硅酸盐水泥(注浆量大时可掺入黄土或粉煤灰),浆液配比一般为1∶1～0175∶1(水、水泥重量比)。如果钻孔出水量较大吃浆量大时可将水灰比调至0175∶1～015∶1。注浆压力一般控制在水压的2～3倍,一般为14MPa 。既保证能最大程度地注入水泥浆,又兼顾注浆施工的安全性。

4　防治水效果

车集煤矿采用底板加固和含水层改造这一方案,在多个工作面防治水工作中均取得了良好效果。以2402工作面为例,该工作面位于北翼下山采区,工作面走向长800m ,倾斜长80～120m ,每层厚度218m ,煤层倾角16°,可采储量40万t ,水压值515MPa 。回采前采用舜变电磁法对工作面底板含水构造进行了探测,发现工作面底板以下30～50m 范围内存在两个富水异常区,是极易发生突水的地段,故而采取了底板加固和含水层改造方法加以防治。根据工作面防治水方案,共施工28个钻孔,总钻探进尺2558m ,注入水泥306t 。实现了工作面安全回采,未发生底板突水,工作面防治水效

果显著。

5　经济效益

车集矿采取底板加固和含水层改造防治水害,两年来没有发生突水事故,有效地控制了矿井涌水量的增加。根据计算每1m 3Πh 的矿井涌水量,一年排水费用115万元,照此计算,一个工作面不发生突水一年可节约费用数百万元,而且可实现安全生产,取得了很好的经济效益和社会效益。

6　结论

(1)车集矿在水压高、含水层厚度大、煤层距含水层较远的条件下进行底板加固,在全国尚属首例。经过认真细致的工作之后,取得了良好效果,证明底板注浆加固和含水层改造是适合车集矿水文地质条件的防治水方法,在类似条件的矿井可以推广使用。

(2)在工作面回采前,采取井下舜变电磁法探测水源是进行底板加固和含水层改造的前沿工作,具有指导和参考作用,使防治水工作有目的有重点。物探与井下钻探相结合,可保证工作面防治水的有效性。

(3)通过对含水层的分析确定L 10为改造目的层。既可以切断煤层底板与含水层水力联系,又能增加底板抗张强度,使I p <1不能发生突水。

(4)在所有设计钻孔施工完之后,要在曾经出水较大的钻孔附近增加注浆钻孔间作检查孔,检查孔出水量小于20m 3

/h ,作为钻探注浆。参考文献:

[1]　王作宇,刘鸿泉1承压水上采煤[M]1北京:煤炭工业出版社,

19921[2]　王连国,宋扬1底板突水的非线性特征及预测[M]1北京:煤炭工业出版社,20011

收稿日期:2004-07-20;修订日期:2004-09-30

作者简介:王功进,现在鸡西矿业集团公司张新煤矿从事技术工作。