东庞矿特大突水灾害治理

★专题论坛———煤矿水害防治★

东庞矿特大突水灾害治理

郑存良

(邢台矿业集团公司,河北省邢台市,054201)

摘　要　东庞矿4112奥灰陷落柱特大突水灾害治理,通过物探、钻探等综合勘探,查清隐伏含水、导水构造形态后,采取地面打钻、注浆封堵过水巷道等措施,提前复产1年时间,减少了灾害损失。

关键词　奥灰陷落柱　特大突水　水害治理　东庞矿

1　导言

2003年4月12日,河北金牛能源东庞矿在2903工作面掘进过程中发生了2#煤层奥灰陷落柱特大突水灾害。虽经全力组织抢险救灾,但因突水量远远超过矿井最大排水能力,5天后矿井被淹。其后全力以赴投入注浆堵水工程。8月16日开始矿井试排水,9月29日,一水平(-300m)开始恢复生产, 11月11日即恢复一水平(-300m)采掘工作面生产。11月24日追排水至-480m,12月5日恢复了二水平井底水泵。12月27日,通过了中国煤炭工业协会组织的全面恢复生产的安全评价。到2004年8月31日,测定二水平涌水量为120m3/h,生产煤炭101万t,赢利112亿元。

111　突水工作面概况

东庞矿1983年建成投产,核定能力为240万t;采用立井、暗斜井多水平开拓,目前开采-300m和-480m水平。主采2#煤,配采浅部9#煤。精查地质报告预计开采2#煤时,矿井正常涌水量为63214 m3/h,最大不超过正常涌水量的1倍。矿井水的主要来源为2#煤顶板砂岩含水层水,约占矿井涌水量的77%。历年矿井涌水量不超过210m3/h。矿井排水能力一水平(-300m)为2900m3/h,二水平(-480m)为2000m3/h。矿井地质条件类型为Ⅱ类,水文地质类型为中等类型。

2903工作面位于二水平南翼,设计走向长1370m,斜长175m,倾角13°,煤厚413m,地质储量140万t;煤层埋深580m,煤层赋存稳定,单斜构造,结构简单,属高级储量区,勘探精度满足设计要求。附近东17钻孔未见地质异常,相邻的2901工作面在开采时揭露断层落差118m,涌水为顶板砂岩滴淋水,涌水量10m3/h。在2903工作面掘进揭露时,巷顶局部有淋滴水,水量5m3/h,经化验为顶板砂岩水。

112　突水淹井过程及分析

4月12日8时47分,当2903工作面下巷掘进至750m处时,迎头突然出现来压片帮和涌水,此后突水量剧增,4个多小时后二水平泵房被淹,此时突水量约12000m3/h。15时在突水点西侧距离2500m 处的奥灰地表水文孔观测水位下降15150m;19时最大峰值突水量为74000m3/h。17日18时54分,矿井被淹没,测算此时突水量为7000m3/h。

二水平被淹后,为力保一水平不被淹没,曾采取措施将清水泵改造为污水泵,使最大排水能力提高到4200m3/h。组织施工了地面排水工程,并紧急租赁、安装2台500m3/h潜水泵。

突水后,来自科研、高校、地勘和有突水危险矿区的防治水专家,参加了整个抢险救灾指挥决策的技术咨询,防治水专家经过广泛讨论与分析后认为:到本次水灾前,在太行山东麓峰峰、邯郸、邢台、井陉矿区等范围内,2#煤均从未发生过陷落柱奥灰水突水灾害。由于突水后地面奥灰水文孔的水位速降,降幅达29m。根据水量巨大、出水迅猛的特点和水质化验,确定突水源为煤系地层基底奥灰强岩溶水。突水前未见突水征兆。在距突水点90m的东17钻孔,终孔层位为9号煤底板,未揭露奥灰且封孔良

5

东庞矿特大突水灾害治理

好,未见地质异常,不可能为钻孔突水。故可确定在该突水点附近存在导水隐伏陷落柱。

2　巷道注浆堵水设计

突水灾害发生后,首先通过综合物探及钻探查清隐伏含水、导水构造形态,分布范围和富水特征,以尽快为抢险救灾和陷落柱治理方案提供依据。211　陷落柱(综合)探测

选择加密三维地震探查突水体位置及边界形态,采用瞬变电磁和直流电法探测突水体富水性及其分布特征,再通过钻探查清隐伏含水、导水构造边界参数。

三维地震勘探认为,区内发育一陷落柱,发育高度达到新生界底部,2#煤层处长轴120m,短轴72m,陷落柱边缘距2903下巷出水点约5m左右,距2901采空区最小煤柱50m;电法探测认为,突水构造含水性较好,2#煤层处陷落柱长轴110m,短轴60m,陷落柱距2901采空区下侧最小煤柱约65m。

采用瞬变电磁法和大功率高密度直流电法探测陷落柱距2901工作面下侧煤柱宽度。瞬变电磁探测认为:短轴约50～80m,长轴约120m,发育高度达到上石盒子下部(-320m),最小煤柱宽度为65～75m。

为防止通过已开采的相邻的2901工作面发生二次突水,在物探陷落柱长轴顶端2901采空区侧又布置了一个定向探查孔(T1孔)。经过定向钻探确认,陷落柱上部边界与2901工作面下侧之间实际最小煤柱宽度大于85m,满足《矿井水文地质规程》关于含水、导水构造防隔水煤柱宽度的要求。

212　巷道注浆堵水设计

突水点位于2903工作面下巷距迎头20m左右的位置,物探探测初步成果认为突水体为奥灰岩溶陷落柱,其长轴约120m

,短轴约70m。据此提出治水方案设计。

(1)治水方案的确定。根据陷落柱突水特征和物探初步结果,考虑到突水陷落柱与2901工作面的煤柱已经过回采动压1年时间的考验,基本可排除突水可能性,目标巷道位置准确,可充分利用当时的“充水条件”向巷内快速灌注骨料,有利于快速建成巷内阻力段,为注浆封水创造良好条件。因此采用施工地面钻孔,先堵陷落柱过水巷道的方案,该方案分2个阶段,先堵巷封水,用半年左右时间恢复生产,再在恢复安全生产的同时做探查陷落柱的工作,在确定陷落柱空间位置后再根治,这样既可少排水,节约资金,又可提前恢复生产约015～110年。经论证后确定了封堵过水巷道的设计方案。

图1　过水巷道封堵方案设计平面图

(2)工程布置及施工设计要求。距巷道迎头20m突水点外5m处布置G1号钻孔,并自G1号孔以外每隔15m布置一个钻孔,共布置8个钻孔进行骨料充填及注浆封堵,在巷内形成105m长的“堵水段”,截断过水通道。

巷道封堵工艺设计及步骤。巷道打透4个钻孔后开始进行注骨料工作,留1～2个孔进行注料时的放气。采用大水流喷射快速填注工艺进行骨料填注,水固比不小于6∶1,后期水固比10∶1以上。骨料有砂子和粒径从 5～70mm分级石子。注骨料前,安装钻机以备捅孔。骨料填注过程中要定期探测骨料堆积高度。当每个孔骨料均填注到巷道顶板之后再用细砂充填。充填封顶时,经反复下钻透孔及冲扫,仍不能使骨料落至顶板以下时,表明巷道已充满,可开始注浆。

按照巷道封堵设计,整个注浆过程大体分为3个阶段,孔底(巷内)旋喷注浆、巷内充填升压注浆、检查加固注浆(高压加固注浆)。

3　巷道注浆堵水施工

总体设计布置8个钻孔,平均孔深581m,总钻进量为4648m。为加快注浆堵水工程。决定钻孔施工由中原石油钻井一公司、华北油田修井大队、中煤大地公司、郑州煤电地勘公司承担。注浆则由郑州煤电地勘公司负责。

311　钻孔施工

巷道注浆钻孔单孔深度581m,目标巷道宽度仅415m,透巷难度很大,测量定位至关重要。利用与

6中国煤炭第30卷第11期2004年11月