积水区下煤层开采水防治技术研究.pdf

3203采空区总第2 1 1 期2023年第8 期技术应用摘要：某矿52 0 1 综采工作面开采后引起的覆岩导水裂隙高度为40.2 42.9 m，而采面与上覆3 号煤层3 1 0 1、3 1 0 2采空区层间距仅为2 2.0 2 9.2 m，采空区积水会给52 0 1 综采工作面后续回采带来较大安全威胁。为解决52 0 1 综采工作面回采期间上覆3 1 0 1、3 1 0 2 采空区积水问题，综合已有物探、钻探方法及3 号煤层相关资料，确定3 1 0 1、3 1 0 2采空区底板标高最低处为采空区靠近52 0 1 回风巷8 0 m处，并提出通过疏排方式疏干采空区积水，依据现场情况确定52 0 1 综采工作面疏排水钻孔布置方案。经过疏排后，52 0 1 综采工作面在回采前及回采中经物探及钻探均未探测到上覆采空区积水，且采面回采期间顶板未出现淋水现象，取得较好的应用效果。关键词：煤炭开采；采空区积水；近距离煤层群；疏排水钻孔中图分类号：TD745文献标识码：A0引言及3 号煤层为一水平,5号及9 号煤层为二水平,现若回采引起的导水裂隙与采空积水区贯通时,采阶段煤矿生产主要集中在5号煤层。3 号煤层与5号空区内积水会向回采空间涌入，轻则导致采面淋水量煤层层间距在2 2.0 2 9.2 m，层间岩性以粉砂岩、炭质增加，重则导致采面突水，给煤炭开采带来较大安全泥岩以及砂质泥岩为主。矿井回采范围内，煤层赋存威胁1-2 1。为此,众多的学者及工程技术人员对采空区较为稳定，地质构造不发育，水位地质条件中等复防治水技术展开研究,其中田世雄等3 在原有研究成杂，主要充水水源为3 号煤层上覆风化基岩裂隙水。果基础上，提出一种采空区积水量计算方法，并计算5201综采工作面为二水平5号煤层首采工作得到柠条塔矿以及邻近矿井采空区内部积水量，其研面，采面上方为3 1 0 1、3 1 0 2 采空区，具体分布位置如究成果在一定程度上为矿井采空区防治水工作的开图1 所示。52 0 1 综采工作面设计倾向、推进长度分别展提供了指导；肖华等4 在综合考虑煤柱浸水衰减影为1 8 0 m、1 9 8 0 m，回采的5号煤层厚度在1.1 1.4m。响以及采空区积水压力等基础上，给出矿井边界防水由于3 1 0 1、3 1 0 2 采空区形成时间超过8 a，预计采空保护煤柱计算方法，在满足防治水基础上降低保安煤区内有较大的积水量，给52 0 1 综采工作面安全回采柱损失量；刘军荣5以西铭煤矿48 7 0 3 工作面防治水带来一定威胁。因此，探测确定3 1 0 1、3 1 0 2 采空区内为研究背景,综合顶板窥视、原位取芯、矿物组分测试积水区范围，并针对性制定防治水措施，是52 0 1 综采等方法对顶板淋水严重的原因进行分析,并针对性给工作面回采期间需要重点解决的问题。出采空区积水治理措施；刘德旺 针对深部区域开采煤层受底板承压含水层影响问题，提出采用以疏排降压为主、底板注浆为辅的措施封堵导水通道，以便确保采面回采安全；王革良等针对邻近采空区技术对采面回采的影响进行分析，并提出在采面分区布置钻场、采用大直径钻孔疏排水等方式，取得了较好的探放水效果；此外，部分学者结合钻探、物探方法确定煤矿采空区积水区范围以及出水量。本文在结合以往研究成果的基础上，以山西某矿52 0 1 综采工作面回采为工程背景，对积水区下煤层开采防治水技术进行分析探讨,以期为其他矿井类似采面防治水工作开展提供经验借鉴。1工程概况山西某矿设计产能为8 0 0 万t/a，采用斜井+平碉开拓方式。矿井开采范围赋存有2 号、3 号、5号、9号等多层煤，井下生产划分两个生产水平,其中2 号收稿日期：2 0 2 2-1 1-1 7作者简介：胡良杰（1 9 8 7 一），男，山西河津人，毕业于山西大同大学测绘工程专业，本科，工程师，主要从事煤矿地测防治水工作。山西冶金ShanxiMetallurgy积水区下煤层开采水防治技术研究胡良杰（汾西矿业集团安全监察中心，山西介休0 3 2 0 0 0）5201综采工作面CG-2图1 52 0 1 综采工作面位置示意图25201综采工作面与上覆采空区导通情况分析5201综采工作面回采引起的上覆导水裂隙发育高度可分为两部分：5号煤层开采引起的上覆导水裂隙及3 号煤层开采引起的底板导水裂隙。2.15号煤层顶板导水裂隙高度计算5号煤层采用综采开采工艺，煤层为近水平煤层，上覆岩层以中硬岩层为主，具体开采后引起的导水裂隙高度H。可通过下式计算7：Ha=20VZM+10.式中：M为采高，具体取值为1.1 1.4m。将参数数值带人到公式（1）可得5号煤层回采引起的上覆导水裂Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.078文章编号：1 6 7 2-1 1 52(2 0 2 3)0 8-0 1 9 7-0 3CC-13201采空区(1)山西冶金198E-mail:第46 卷81-L0-隙高度为3 1.0 3 3.7 m。2.23号煤层底板导水裂隙深度计算3号煤层回采后会导致底板破坏，发育有导水裂隙，具体导水裂隙发育程度与周边支承压力分布、开采范围等有关，具体开采后底板导水裂隙破坏深度H。可通过下式计算8 :Lcos Hd=-2cos(+%)42式中：L为超前支承压力峰值与煤壁距离，取值5m；为回采的3 号煤层倾角，取值1；为3 号煤层底板岩体内摩擦角，取值3 0。将上述参数带人公式(2)后可得3 号煤层回采后底板导水裂隙发育高度为9.2 m。2.35号煤层上覆导水裂隙发育总高度则3 号煤层与5号煤层开采后，5号煤层上覆导水裂隙发育总高度H=Ha+H=40.242.9m。3 号煤层与5号煤层层间距在2 1.9 9 2 9.2 m，煤层层间距明显小于5号煤层上覆导水裂隙发育总高度，5号煤层开采引起的采动裂隙会直接与3 号煤层采空区贯通，从而导致采空区积水向5号煤层采空区涌入，导致采面回采存在一定的安全风险。3防治水技术方案为确保52 0 1 综采工作面在回采巷道掘进、采面回采期间的安全推进，需考虑上覆采空区积水威胁。因此，52 0 1 综采工作面在回采巷道掘进期间，布置钻孔进行疏排,后在采面回采期间开展相应的顶板疏排水工作，并确定合理排水技术方案。在52 0 1 综采工作面回采巷道掘进期间，综合采用瞬变电磁、直流电法以及钻探法确定上覆3 号煤层采空区内积水区范围，具体综合探测结果如图2 所示。52 0 1 综采工作面上覆采空区积水区主要为采面切眼至运输巷46 0 m、至回风巷46 2 m的范围；该范围内4号煤层底板标高较低，容易积水。煤层起伏，存在巷道低洼地段，积水区域煤层倾角1 3，沿巷道向工作面切眼煤层底板逐渐增高，不会产生积水布置水仓，利用水泵排水、铺运巷联络巷交运巷回风大巷前运大运大现阶段采空区积水治理措施主要包括疏排及注浆封堵两种措施。疏排后,可有效降低采空区积水水压以及积水量，安全性较好且成本较低，但若积水量大且水源补给条件好时,疏排难以起到较好的效果。而注浆封堵可起到降低涌水量目的，但通常成本较高且工程量较大。由于上覆4号煤层采空区积水区水源补给条件差，依据确定的上覆采空区积水区范围，提出仅采用钻探方式进行疏排，以消除上覆4号煤层采空区积水区，避免积水通过5号煤层上覆导水裂隙流向回采空间。钻孔钻进采用井下已有的ZYJ-770/180型回转钻机，该钻机额定转矩7 7 0 Nm、额定压力12MPa、额定转速1 8 0 r/min。布置的疏排水钻孔孔径均为1 0 8 mm，钻孔终孔均位于上覆4号煤层采空区内,并尽量布置在采空区低洼位置。在采面回风巷以e(2)5201综采工作面在生区回风巷保护煤柱线上覆采空区积水水流方向图2 3 号煤层采空区内积水区范围及辅运巷内按照1 0 0 m间隔布置钻场，每个钻场内均布置2 个疏排水钻孔，钻孔终孔均位于3 号煤层采空区,且倾向与回风巷间距为8 0 m（此范围为4号煤层采空区底板标高较低处），具体钻孔布置如图3 所示。疏水钻场30m照上覆采空区积水图3 疏排水钻孔布置示意图在回采巷道内共计布置2 2 个疏排水钻孔，具体疏排水钻孔出水量统计结果如图4所示。从图4中可以看出，随着疏排水钻孔施工数量的不断增加（4月19日施工第1 个疏排水钻孔，4月2 9 日施工1 6 个疏排水钻孔，直至5月9 日2 2 个疏排水钻孔全部施工完成），钻孔排水量呈现先增加后降低趋势。主要是前期施工的疏排水钻孔单孔出水量较大，且随着钻孔数量增加,疏排水量不断增大，在4月2 9 日出水量达到最大，为2 50 m/h；后续疏排水钻孔数量虽然有所增加，但是上覆采空区内积水深度有所降低，且前期部分疏排水钻孔基本不出水，导致疏排水钻孔出水量呈降低趋势；至7 月1 8 日之后，布置的疏排水钻孔总出水量迅速降至1 0 m/h以内，表明上覆采空区积水已基本疏排干净。30015010050061-t0-经疏排后，采用物探及钻探方式对上覆4号煤层采空区积水区再次进行探测，发现积水区不存在有低阻异常区以及钻探钻孔未有水流出，表明布置的疏排水钻孔已将上覆采空区积水疏排干净。同时，在52 0 1综采工作面后续回采期间未发生顶板淋水情况，通过胶运巷回风巷日疏水钻孔61-SO-81-90-SO-90-观测日期图4疏排水钻孔出水量统计结果2023年第8 期胡良杰：积水区下煤层开采水防治技术研究199.疏排为采面煤炭的安全回采创造了良好条件。4结论1)5201综采工作面上覆为3 号煤层3 1 0 1、3 1 0 2综采工作面采空区，采面与采空区间层间距为21.9929.20m，由于3 号煤层上覆存在有风化基岩裂隙水,预计3 号煤层采空区会有一定量积水。采用理论计算法得出52 0 1 综采工作面回采后上覆导水裂隙发育高度在40.2 42.9 m，远超采面与上覆采空区层间距，在52 0 1 综采工作面回采期间会导致采空区积水向回采空间涌出入，制约52 0 1 综采工作面的安全回采。2)综合采用物探及钻探方法确定3 号煤层3 1 0 1、3102采空区内积水区范围集中在52 0 1 综采工作面切眼至运输巷46 0 m、至回风巷46 2 m的范围。同时根据3 号煤层底板等高线资料确定，3 号采空区倾向与52 0 回风巷间距8 0 m处最为低洼。因此，在52 0 1采面回风巷及辅运巷内按照1 0 0 m间隔布置钻场，每个钻场内均布置2 个疏排水钻孔，钻孔终孔均位于3号采空区低洼处。3)经过为期3 个月的疏排，52 0 1 综采工作面上Research on Water Prevention and Control Technology for Coal Seam Mining in Waterlogged(Safety Supervision Center of Fenxi Mining Industry Group Co.,Ltd.,Jiexiu Shanxi 032000,China)Abstract:The height of water conducting cracks in the overlying rock caused by the mining of the 5201 fully mechanized mining face of amine is 40.242.9 meters,while the distance between the mining face and the 3101 and 3102 goaf layers of the overlying 3#coal seam isonly 22.029.2 meters.The accumulated water in the goaf will pose a significant safety threat to the subsequent mining of the 5201 fullymechanized mining face.In order to solve the problem of water accumulation in the overlying 3101 and 3102 goaf during the mining periodof the 5201 fully mechanized mining face,based on the existing geophysical exploration,drilling,and relevant data of the 3#coal seam,it isdetermined that the lowest elevation of the bottom plate of the 3101 and 3102 goaf is located 80 meters near the 5201 return air roadway.Itis proposed to drain the water in the goaf through drainage methods,and the layout plan of drainage boreholes in the 5201 fully mechanizedmining face is determined based on the on-site situation.After drainage,no water accumulation in the overlying goaf was detected bygeophysical exploration and driling before and during the mining process of the 5201 fully mechanized mining face,and there was no waterleakage on the roof during the mining process,achieving good application results.Key words:coal mining;water accumulation in goaf;close range coal seam groupi drainage drilling（上接第1 9 6 页）Application of Ball Linear Guide Pair in the Design of Inspection Gauges for Large Steel(Shanxi Engineering Vocational College,Taiyuan Shanxi 030027,China)Abstract:The bolster and side frame of railway freight cars are made of B+grade steel(zG25MnCrNi),using ester hardened sodium silicatesand molding,core making,and external refining casting technology.Considering the advantages of high positioning and transmissionaccuracy,low wear,smooth movement,and good interchangeability of the ball linear guide pair,the introduction of the ball linear guide pairin the design process of the inspection gauge for the swing bolster and side frame reduces the labor intensity of the gauge inspectionpersonnel,reduces the wear of the gauge,and improves the overall productivity.Key words:gauge design;ball linear guide rail pair;high precision;low wear and tear覆3 号煤层3 1 0 1、3 1 0 2 采空区内积水基本疏排干净。在回采前以及回采期间，综合物探及钻探方式确定上覆采空区积水疏排情况，经探测以及采面回采显示，经过疏排后上覆采空区已无积水，采面后续回采期间顶板未出现淋水情况。参考文献1】李建龙.小窑头煤业51 3 0 4工作面上覆采空区积水估算及治理研究J.矿业装备，2 0 2 2（5)：1 6 4-1 6 6.2樊国欣,采空区积水疏放技术在煤矿中的应用J.能源与节能，2022(8):189-191.3田世雄,弥浪涛.煤矿采空区积水量的科学计算方法研究J.冶金与材料，2 0 2 0,40（2）：8-9.4肖华，杨志洋，崔勤利，等.闭坑矿井采空区积水对防水煤柱稳定性的影响J.煤炭科技，2 0 1 4（4)：1 0 5-1 0 7.5刘军荣.西铭煤矿48 7 0 3 回采工作面防治水技术研究J.中国石油和化工标准与质量，2 0 2 0，40（1 0）：1 9 8-1 9 9.6刘德旺.贺西矿底抽巷放水试验及矿井防治水技术探讨J.山西焦煤科技，2 0 1 5,3 9(1)：4-7.7张楠.慈林山矿上覆采空区积水煤层开采突水危险性评价J.煤炭与化工，2 0 2 2,45(7)：50-53.8王革良，赵顺利.大倾角、大孔径探放钻孔分区布置在采空区积水探放中的应用J.煤矿开采,2 0 1 5,2 0（2：9 5-9 7.（编辑：武倩倩）AreasHuLiangjieCasting Bolsters and Side FramesRen Yanhong