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云煤二矿22202老空水害治理技术研究

论文作者:本站    论文来源:本站整理    论文栏目:工商管理论文    收藏本页
摘 要:云煤二矿22204轨道顺槽掘进受22202老空水严重威胁。根据老空区积水情况,在22204切眼沿煤层走向施工一条专用煤巷探水巷,在探水巷迎头施工岩巷钻场、安设专用探水钻机、固定孔口管、施工钻孔,建挡水墙、敷设排水管路、针对老空最低点疏放老空水,实现了安全快速探放水的目的。
关键词:老空积水  岩巷探水巷  孔口管  钻孔  铺设排水管路  挡水墙
        1 概况
        1.1  矿井及22204轨顺概况
        云盖山煤矿二矿隶属河南永锦能源有限公司,是一座现代化的中型矿井,生产能力80万t/a。井田位于颍河、汝河之分水岭部位,属于由山区向平原过渡的丘陵地带,地表沟谷发育,地表径流条件畅通。矿井主采二1煤层,埋藏标高+290m~-270m,地面标高+335m~+621m,矿井正常涌水量54.8m3/h,最大涌水量109.7m3/h。由于部分工作面埋藏较浅,且采用自上而下的开采方法,下部工作面开采易受相邻上部工作面老空水威胁。
        22204轨道顺槽设计长930m,采用沿空送巷技术,U型钢棚支护,为了多回收煤炭资源,与22202采空区之间留设煤柱3m。
        1.2  22202老空积水情况
        22202采空区积水面积38648 m2,有里外两个低洼处,共有老空积水约50000 m3,有动水补给46m3/h。22204轨道顺槽采用超前探放和排水措施,至2011年1月底外段老空积水已放净,但里段还有大量积水。22202里段积水区位于22202运输顺槽口向里400~930m处,积水标高+107~+123m,积水面积约21000m2,积水量约35000m3,积水对22204轨道顺槽里段掘进造成严重威胁。
        2  22204探水巷探放水设计和施工
        22202采空区里段积水量大,如采用外段的探水方法掘进既不安全,又影响进度,并可能影响采面正常接续。为确保22204切眼和轨道顺槽里段的施工安全,防治老空积水突出事故,经研究决定自22204胶带顺槽施工切眼,自切眼120m处施工探水巷进行探放水,以解除22202采空区里段的积水威胁(见图1)。
        2.1  探水巷、泵坑及挡水墙的设计施工
        22204切眼探水巷沿二1煤层顶板3°上山施工,以便于下一步疏水。断面规格:高×宽=2.0m×2.6m,总长度110m。自探水巷迎头附近→切眼→22204机巷沿下帮敷设8吋高压塑料排水管。
        为预防探放水时老空水携带大量於煤流出,煤、水混合影响老空水疏放效果,在22204探水巷大断面口处垒砌一道挡水墙,以便于於煤的沉淀和及时清理,并可防治煤泥在疏放水管内流淌时,在22204机巷的低洼处形成沉淀,堵塞流水(机巷低洼处比最高点低58m)。在距大断面口向外10m处再垒砌一道挡水墙,此挡水墙由下帮向上帮垒砌长度为1.2m,要求两道挡水墙之间垒砌一道连接墙,使两道墙之间形成一个蓄水池。在迎头后低洼处下帮挡水墙前施工泵坑,安装潜水泵并敷设一趟4吋钢排水管,以防8吋排水管路出现问题时备用。为防止淤煤流入泵坑内,再垒砌一道高度300mm的挡水墙。所有墙的地基深度240mm,墙体厚度380mm,第一道挡水墙高度500mm,第一道挡水墙与连接墙相连处向上的部分高度为600mm,第二道挡水墙及连接墙高度为根据现场坡度进行砌设,要求垒砌时使用混凝土,墙体使用水泥砌平。
        2.2 探水钻场及钻孔的设计施工
        由于老空积水量特别大,为确保探放水万无一失,在22204探水巷迎头挑顶掘巷施工4.5m×3m×2.8m的岩巷钻场,安装ZDY-1900S煤矿专用全液压坑道钻机,开始打设时钻头使用直径133mm的合金钻头,下套管后使用直径为75mm的PDC复合钻头,使用直径为63.5mm的地质钻杆。(1)探放水方法。探水点高程+103m,积水标高为+120m,分3个层次放水:5#、6#孔终孔标高为+115m,3#、4#孔终孔标高为+110m,1#、2#孔终孔标高为+103m。探水方法为长距离钻探法,即开孔→下孔口管→注浆→试压→钻进→放水→联接疏水管路放水。
        (2)探水孔布置。1号孔距巷道顶板1.0m,仰角0°,方位角+296°,孔深35.8m;2号孔距顶板1.0m,仰角0°,方位角+307°,孔深35.3m;3号孔距顶板0.8m,仰角+5.2°,方位角+314°,孔深35.5m;4号孔距顶板0.8m,仰角+5.3°,方位角+321°,孔深36.4m;5号孔距顶板0.8m,仰角+16.2°,方位角+330°,孔深39.8m;6号孔距顶板0.8m,仰角+14.4°,方位角+340°,孔深44.4m。 
        表1   钻孔参数一览表
        Table.1  Drilling parameters list
        孔号     方位角     竖直角           孔深                            备注
        1号孔  +296°        +0°            35.8m     竖直面内向上为正,向下为负。
        2号孔  +307°         +0°            35.3m 
        3号孔  +314°         +5.2°         35.5m  
        4号孔  +321°         +5.3°         36.4m  
        5号孔  +330°         +16.2°       39.8m  
        6号孔  +340°         +14.4°       44.4m  
        (3)固管及注浆。探放水孔使用Φ133mm钻头开孔,钻进6m后下Φ108mm的套管,然后使用BW-250型电动泥浆泵注浆,注浆采用管外注浆(注浆时以管内返浆为准),注浆完成后养护1班,养护完成后进行扫孔试压(试压压力不得小于2 MPa),试压完成后在套管上安装控制水量的阀门,要求安设一个阀门和一个三通(要求阀门安装在三通的前部,三通上安装一个水压表),等径三通旁通上另安4吋闸阀及4吋法兰盘,以便安装4吋钢丝管。安设阀门完成后换Φ75mm钻头继续打钻,打设钻孔的顺序为6、5、4、3、2、1。探放水时必须在施工完一个孔且出水后,再施工下一个孔。由于1#、2#孔开口处为二1煤顶板砂岩,但1.0m后即揭露煤层,要求见煤后5m进行注浆一次,防止老空水体冲刷孔口管四周煤层造成裸管。
        (4)堵孔时涮孔要求及水量疏干标志
        ①在放水初期钻孔出现煤矸堵孔时,使用ZDY-1900S钻机、地质钻杆进行涮孔,涮孔后管内水量大于60 m³/h时即可停止,进行稳定放水。放水中期进行涮孔时,管内水量大于30 m³/h小于60 m³/h时,进行稳定放水,放水后期进行涮孔时,涮孔后管内水量小于30m³/h时,方可停止涮孔。
        ②经过反复涮孔水量小于30 m³/h时,在稳定放水后,水量逐渐变小时测定水压,在放水口的三通上安装一个水压表,经观测水压小于0.07MPa,满足以上两个条件即可表明此管范围内的积水已疏干,不再进行涮孔。 
        (5)排水方式及排水设备管线规格根据
        22204轨道顺槽放水经验及本次放水情况特殊性,排水方式设计为两种,根据现场实际情况进行选择,但总体方案为排水使用8吋瓦斯管作为主排水管,方法主要是以水位高差自流排水为主,以水泵排水为辅。
        3 结 语
        通过实践证明,在水文地质条件复杂、存在大量老空积水威胁的区域施工,可通过施工专用探水巷、开设岩巷钻场、建挡水墙、采用专用探放水钻机施工钻孔、铺设排水管路等方法,以达到安全探放老空积水,解除水害威胁,为安全生产创造有利条件。
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