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云冈矿井下防治水技术选择效果

摘要:为了预防矿井开采中煤层受裂隙带含水层及老空水的影响而发生的突水事故,云冈矿根据51041工作面的水文地质概况,采用疏水降压的防治水方法,并对疏水降压进行可行性分析,给出具体的…

摘要:为了预防矿井开采中煤层受裂隙带含水层及老空水的影响而发生的突水事故,云冈矿根据51041工作面的水文地质概况,采用疏水降压的防治水方法,并对疏水降压进行可行性分析,给出具体的疏水降压方案;采用全域全量疏水降压方法,给出具体的排水管路线,并在矿井中进行实际应用。结果表明:通过疏水降压,疏放水量从1250m3/h、2150m3/h升高到3200m3/h,采区水位高度从+125m降到-30m,降压效果较好,基本实现工作面的不带压开采。

关键词:防治水;全域全量;疏水降压;排水管路;降压开采
随着矿井开采深度的增加,在开采过程中出现越来越多的水害事故,水害成为矿井中最容易发生的灾害之一[1]。近年来我国许多煤矿都发生过大大小小的突水事故,对工作面的正常回采带来一定的影响,在一定程度上也影响矿井的经济效益。统计资料显示,矿井中有86%以上的突水都是由于巷道顶底板的承压水在导水裂隙带的作用下进入采空区或矿井而形成的[2]。云冈矿开采煤层受老空水及其他含水层的影响,富水性强,且水压高,断层较多,因而产生突水的危险也较高。
1矿井水文地质概况
云冈矿井田内河流主要来自十里河,现开采的410盘区51041巷道全长360m,巷道布置见图1。掘进方向是由南向北进行,煤层的厚度为1.5~2.8m,平均厚度2.3m,煤层直接顶为灰白色的细砂岩,直接底为灰色的粉砂岩,煤层中含有1-2层夹石,受断层的影响,局部夹石厚度高达3.5m,夹石为灰黑色碳质泥岩。掘进过程中多处发现断层,51041工作面上覆3#煤层是采空区,与工作面的层间距为114.21m;上覆8#煤层是破坏区,与工作面的层间距为58.60m;同层12#煤层是小窑破坏区,煤层的导水性较好[3],正常涌水量为1100m3/h,最大涌水量为2100m3/h,掘进中导水裂隙带内的含水层以及老空水都会影响安全开采,可能发生突水事故。
2疏水降压可行性分析
矿井开采中水害防治的手段主要有底板注浆加固、充填开采以及疏水降压。由于51041工作面裂隙带内的含水层及老空水距离煤层顶板高度在15m,采用注浆加固难以确定注浆层;采用充填开采由于裂隙带的存在使含水层的补给通道不能完全切断;又由于含水层水位高于开采水平标高,属带压开采,综合考虑,采用疏水降压方法进行水害治理。采用疏水降压时,开采煤层与含水层之间要有足够的厚度,其中煤层的开采水平在+50m左右,含水层的水位标高在+125m左右,要确保工作面的水头值小于隔水层所能承受的安全值。明确工作面含水层的补给边界后,先采用注浆方法将水源截断,再进行疏水降压;如果工作面含水层有足够多的补给水源时,则不采取疏水降压的方法,采用注浆加固底板等其他措施[4]。根据矿井的水文地质概况,矿区内的积水面积约770km2。通过对矿区的放水试验,在持续放水的情况下,可以看到观测孔的水位在不断下降,且老空水的积水量也在不断减少,多半是静储量。由于奥陶系灰岩含水层的渗透性较好,在外界的补给量相对较少时,采用疏水降压的防治水措施是相对有利的,加上矿区内多年老空水的水位变化整体呈下降趋势,在长时间大流量的疏水降压,以及矿区生活用水基础上,也使疏水降压措施具有可行性。
3疏水降压方案
疏水降压包含局部限量疏水和全域全量疏水两种类型。前者是在煤层底板相对薄弱的区域进行局部的积水排放,使工作面的水头小于安全值,放水量也可以达到要求,但使用这种方法时由于底板的突水通道仍然存在,还有发生突水的危险;而后者是在工作面上施工放水孔,通过钻孔对积水进行排放,从而使工作面的水头低于安全水头值。对通过钻孔煤层顶底板含水层中的水进行疏放,使含水层变成贫水层,实现对工作面的降压开采,从而达到防治水的目的。在进行方案设计时要遵循系统运行可靠,充分利用现有设施及工程,不影响排水系统,不污染清水管路和适用性强的原则。
3.1钻孔布置
采用全域全量疏水降压方法,疏水降压孔可以选择井下放水试验孔,也可以进行专门的疏水钻孔[5]。在51041工作面上选择疏水钻孔方法来降压,将钻孔布置在煤层水力联系密集的回风巷,疏水降压钻孔布置见图2。工作面共布置钻孔7组,每组3个钻孔,共计21个放水孔,总进尺1688m。
3.2排水布置
依据矿区情况,排水管路布置见图3。排水管使用Φ108mm×16mm的无缝钢管。排水管路从井下钻孔排水处直接连通地面。其中一条排水管路在到达地面后与回风巷的清水仓进行连通,另外一条通往矿区外面的排水口。将清水泵房和相关的配电硐室设在主副井井底车场的附近。在清水泵房内配备2台工作离心水泵及2台备用离心水泵,水泵型号为4DA8X9,具多级耐磨性能,泵的额定功率为45kW,额定流量为54m3/h,扬程为144m。将底阀安装在其中一个工作的水泵上,将吸水滤网安装在其他三个水泵上。水泵可以采用喷射泵进行引水,也可以用真空泵进行引水。排水管路的水流速度为3m/s,水流量为531m3/h。正常工作时,清水泵房的排水能力约为1350m3/h,铺设的排水管道长约190m,排水能力最大约为1800m3/h,预计工作面的涌水量为2100m3/h。
4应用分析
云冈矿51041工作面具有很强的导水性,且上覆有老空积水,矿井内多次发生突水事故,最大突水量高达38065m3/h。由于存在带压开采的危险[6],要对老空水进行疏水降压。采用上述方法进行施工,疏放水量从刚开始的1250m3/h、2150m3/h,到现在的3200m3/h,采区水位高度也从+125m降到-30m,排水降压效果较好,基本实现对工作面进行不带压开采。
5结语
为了预防矿井开采中煤层受裂隙带含水层及老空水的影响而发生的突水事故,根据云冈矿51041工作面的水文地质概况,采用疏水降压的防治水方法,并对疏水降压的可行性进行分析,具体为:1)采用全域全量疏水降压方法,共施工放水钻孔21个,总进尺1688m,并铺设190m长的排水管,排水能力最大约为1800m3/h,可达到排干水的要求。2)矿井疏水降压的应用结果表明:通过疏水降压,疏放水量从1250m3/h、2150m3/h升高到3200m3/h;采区水位高度从+125m降到-30m,降压效果较好,基本实现工作面的不带压开采。
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