云岡礦井下防治水技術(shù)選擇效果
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摘要：為了預(yù)防礦井開采中煤層受裂隙帶含水層及老空水的影響而發(fā)生的突水事故，云岡礦根據(jù)51041工作面的水文地質(zhì)概況，采用疏水降壓的防治水方法，并對(duì)疏水降壓進(jìn)行可行性分析，給出具體的疏水降壓方案；采用全域全量疏水降壓方法，給出具體的排水管路線，并在礦井中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。結(jié)果表明：通過(guò)疏水降壓，疏放水量從1250m3/h、2150m3/h升高到3200m3/h，采區(qū)水位高度從+125m降到-30m，降壓效果較好，基本實(shí)現(xiàn)工作面的不帶壓開采。
關(guān)鍵詞：防治水；全域全量；疏水降壓；排水管路；降壓開采
隨著礦井開采深度的增加，在開采過(guò)程中出現(xiàn)越來(lái)越多的水害事故，水害成為礦井中最容易發(fā)生的災(zāi)害之一［1］。近年來(lái)我國(guó)許多煤礦都發(fā)生過(guò)大大小小的突水事故，對(duì)工作面的正常回采帶來(lái)一定的影響，在一定程度上也影響礦井的經(jīng)濟(jì)效益。統(tǒng)計(jì)資料顯示，礦井中有86%以上的突水都是由于巷道頂?shù)装宓某袎核趯?dǎo)水裂隙帶的作用下進(jìn)入采空區(qū)或礦井而形成的［2］。云岡礦開采煤層受老空水及其他含水層的影響，富水性強(qiáng)，且水壓高，斷層較多，因而產(chǎn)生突水的危險(xiǎn)也較高。
1礦井水文地質(zhì)概況
云岡礦井田內(nèi)河流主要來(lái)自十里河，現(xiàn)開采的410盤區(qū)51041巷道全長(zhǎng)360m，巷道布置見(jiàn)圖1。掘進(jìn)方向是由南向北進(jìn)行，煤層的厚度為1.5～2.8m，平均厚度2.3m，煤層直接頂為灰白色的細(xì)砂巖，直接底為灰色的粉砂巖，煤層中含有1-2層夾石，受斷層的影響，局部夾石厚度高達(dá)3.5m，夾石為灰黑色碳質(zhì)泥巖。掘進(jìn)過(guò)程中多處發(fā)現(xiàn)斷層，51041工作面上覆3#煤層是采空區(qū)，與工作面的層間距為114.21m；上覆8#煤層是破壞區(qū)，與工作面的層間距為58.60m；同層12#煤層是小窯破壞區(qū)，煤層的導(dǎo)水性較好［3］，正常涌水量為1100m3/h，最大涌水量為2100m3/h，掘進(jìn)中導(dǎo)水裂隙帶內(nèi)的含水層以及老空水都會(huì)影響安全開采，可能發(fā)生突水事故。
2疏水降壓可行性分析
礦井開采中水害防治的手段主要有底板注漿加固、充填開采以及疏水降壓。由于51041工作面裂隙帶內(nèi)的含水層及老空水距離煤層頂板高度在15m，采用注漿加固難以確定注漿層；采用充填開采由于裂隙帶的存在使含水層的補(bǔ)給通道不能完全切斷；又由于含水層水位高于開采水平標(biāo)高，屬帶壓開采，綜合考慮，采用疏水降壓方法進(jìn)行水害治理。采用疏水降壓時(shí)，開采煤層與含水層之間要有足夠的厚度，其中煤層的開采水平在+50m左右，含水層的水位標(biāo)高在+125m左右，要確保工作面的水頭值小于隔水層所能承受的安全值。明確工作面含水層的補(bǔ)給邊界后，先采用注漿方法將水源截?cái)?，再進(jìn)行疏水降壓；如果工作面含水層有足夠多的補(bǔ)給水源時(shí)，則不采取疏水降壓的方法，采用注漿加固底板等其他措施［4］。根據(jù)礦井的水文地質(zhì)概況，礦區(qū)內(nèi)的積水面積約770km2。通過(guò)對(duì)礦區(qū)的放水試驗(yàn)，在持續(xù)放水的情況下，可以看到觀測(cè)孔的水位在不斷下降，且老空水的積水量也在不斷減少，多半是靜儲(chǔ)量。由于奧陶系灰?guī)r含水層的滲透性較好，在外界的補(bǔ)給量相對(duì)較少時(shí)，采用疏水降壓的防治水措施是相對(duì)有利的，加上礦區(qū)內(nèi)多年老空水的水位變化整體呈下降趨勢(shì)，在長(zhǎng)時(shí)間大流量的疏水降壓，以及礦區(qū)生活用水基礎(chǔ)上，也使疏水降壓措施具有可行性。
3疏水降壓方案
疏水降壓包含局部限量疏水和全域全量疏水兩種類型。前者是在煤層底板相對(duì)薄弱的區(qū)域進(jìn)行局部的積水排放，使工作面的水頭小于安全值，放水量也可以達(dá)到要求，但使用這種方法時(shí)由于底板的突水通道仍然存在，還有發(fā)生突水的危險(xiǎn)；而后者是在工作面上施工放水孔，通過(guò)鉆孔對(duì)積水進(jìn)行排放，從而使工作面的水頭低于安全水頭值。對(duì)通過(guò)鉆孔煤層頂?shù)装搴畬又械乃M(jìn)行疏放，使含水層變成貧水層，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面的降壓開采，從而達(dá)到防治水的目的。在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)要遵循系統(tǒng)運(yùn)行可靠，充分利用現(xiàn)有設(shè)施及工程，不影響排水系統(tǒng)，不污染清水管路和適用性強(qiáng)的原則。
3.1鉆孔布置
采用全域全量疏水降壓方法，疏水降壓孔可以選擇井下放水試驗(yàn)孔，也可以進(jìn)行專門的疏水鉆孔［5］。在51041工作面上選擇疏水鉆孔方法來(lái)降壓，將鉆孔布置在煤層水力聯(lián)系密集的回風(fēng)巷，疏水降壓鉆孔布置見(jiàn)圖2。工作面共布置鉆孔7組，每組3個(gè)鉆孔，共計(jì)21個(gè)放水孔，總進(jìn)尺1688m。
3.2排水布置
依據(jù)礦區(qū)情況，排水管路布置見(jiàn)圖3。排水管使用Φ108mm×16mm的無(wú)縫鋼管。排水管路從井下鉆孔排水處直接連通地面。其中一條排水管路在到達(dá)地面后與回風(fēng)巷的清水倉(cāng)進(jìn)行連通，另外一條通往礦區(qū)外面的排水口。將清水泵房和相關(guān)的配電硐室設(shè)在主副井井底車場(chǎng)的附近。在清水泵房?jī)?nèi)配備2臺(tái)工作離心水泵及2臺(tái)備用離心水泵，水泵型號(hào)為4DA8X9，具多級(jí)耐磨性能，泵的額定功率為45kW，額定流量為54m3/h，揚(yáng)程為144m。將底閥安裝在其中一個(gè)工作的水泵上，將吸水濾網(wǎng)安裝在其他三個(gè)水泵上。水泵可以采用噴射泵進(jìn)行引水，也可以用真空泵進(jìn)行引水。排水管路的水流速度為3m/s，水流量為531m3/h。正常工作時(shí)，清水泵房的排水能力約為1350m3/h，鋪設(shè)的排水管道長(zhǎng)約190m，排水能力最大約為1800m3/h，預(yù)計(jì)工作面的涌水量為2100m3/h。
4應(yīng)用分析
云岡礦51041工作面具有很強(qiáng)的導(dǎo)水性，且上覆有老空積水，礦井內(nèi)多次發(fā)生突水事故，最大突水量高達(dá)38065m3/h。由于存在帶壓開采的危險(xiǎn)［6］，要對(duì)老空水進(jìn)行疏水降壓。采用上述方法進(jìn)行施工，疏放水量從剛開始的1250m3/h、2150m3/h，到現(xiàn)在的3200m3/h，采區(qū)水位高度也從+125m降到-30m，排水降壓效果較好，基本實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面進(jìn)行不帶壓開采。
5結(jié)語(yǔ)
為了預(yù)防礦井開采中煤層受裂隙帶含水層及老空水的影響而發(fā)生的突水事故，根據(jù)云岡礦51041工作面的水文地質(zhì)概況，采用疏水降壓的防治水方法，并對(duì)疏水降壓的可行性進(jìn)行分析，具體為：1）采用全域全量疏水降壓方法，共施工放水鉆孔21個(gè)，總進(jìn)尺1688m，并鋪設(shè)190m長(zhǎng)的排水管，排水能力最大約為1800m3/h，可達(dá)到排干水的要求。2）礦井疏水降壓的應(yīng)用結(jié)果表明：通過(guò)疏水降壓，疏放水量從1250m3/h、2150m3/h升高到3200m3/h；采區(qū)水位高度從+125m降到-30m，降壓效果較好，基本實(shí)現(xiàn)工作面的不帶壓開采。
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作者：閆守成 單位：大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司云岡礦