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团柏煤矿 10301工作面构造导水治理技术
2019-05-20
为对团柏煤矿 10301综采工作面回采期间的导水构造进行治理,利用多种物探等方 法查明了工作面隐伏构造及底板富水性。研究表明:10301回采工作面水文地质条件复杂,主要 充水水源为上覆 K2灰岩水和底板 O2灰岩水;副巷 348~380m处存在的规格为 32m×20m(长轴 ×短轴)的导水陷落柱(X1陷落柱)为导水构造。根据上述分析,对影响生产的断层施工了绕巷安 全通过,对导水的陷落柱采取了注浆堵水措施,有效避免了水害事故发生。
Serial No. 600 April. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 600期 2019 年 4 月第 4 期 团柏煤矿 10-301 工作面构造导水治理技术 李献飞 山西焦煤霍州煤电集团公司) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 为对团柏煤矿 10-301 综采工作面回采期间的导水构造进行治理,利用多种物探等方 法查明了工作面隐伏构造及底板富水性。 研究表明:10-301 回采工作面水文地质条件复杂,主要 充水水源为上覆 K2 灰岩水和底板 O2 灰岩水;副巷 348 ~ 380 m 处存在的规格为 32 m×20 m(长轴× 短轴)的导水陷落柱(X1 陷落柱)为导水构造。 根据上述分析,对影响生产的断层施工了绕巷安全 通过,对导水的陷落柱采取了注浆堵水措施,有效避免了水害事故发生。 关键词ꢀ 导水构造ꢀ 矿井水害ꢀ 注浆堵水ꢀ 陷落柱 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 04. 069 1 ꢀ 工作面概况 团柏煤矿 10-301 工作面位于 400 m 水平三采 断层 3 条,正巷掘进过程揭露断层 1 条,均为正断 # 层。 副巷顺槽影响位置为 42 导线点前 13 ~ 55 m, 区轨道巷前进方向左翼,东邻三采区回风系统巷,西 邻井田边界保安煤柱,北为 10-303 工作面采空区, 南为实体煤层。 工作面地表位于月节河村以北,羊 反村以南,井西村以东,范南庄以西,为黄土梁垣地 貌,无水体,无建筑物及线塔等设施。 地面标高 730 落差分别为 1. 1,3. 5,0. 6 m,经探测,断层均不导 水,且已施工 1 条绕巷绕开 3 条断层,因此不会对工 # 作面回采施工造成影响;正巷断层揭露位置为 31 导线点前 11 m 处,落差为 1. 2 m,预计向采面内延 伸 15 ~ 25 m,经探测,不导水,对回采工作影响程度 有限。 工作面经过钻探验证分析圈定了 2 个导水陷 ~ 796 m,盖山厚度为 310 ~ 372 m。 工作面煤层厚 度 1. 80 ~ 2. 80 m,平均煤厚 2. 65 m,煤层倾角 2° ~ 5°,平均为 6°,工作面煤层结构较复杂,一般含 1 层 # 落柱,位置为 3 导线点前 91 m 处(第一绕巷),该陷 3 1 落柱经过注浆加固后,涌水量由 100 m / h 减小至 20 3 # 3 夹矸,以泥岩、碳质泥岩为主。 m / h;25 导线点前 17 m 处的涌水量 130m / h 减小 3 工作面基本顶为 K2 灰岩,厚度为 8. 7 9 ~ 9. 11 m,平均 8. 95 m,深灰色,块状,坚硬,裂隙中充填方 解石脉,中下部有 0. 4 m 厚泥岩;直接顶为粉砂岩, 厚度为 1. 27 ~ 1. 36 m,平均 1. 32 m,深灰—灰黑色, 局部为泥岩,含云母片及黄铁矿;直接底为粉砂岩, 平均厚度为 1. 28 m,深灰—灰黑色,层理不发育,局 部为铝土质泥岩;基本底为细粒砂岩,厚度为 1. 86 至 80 m / h。 目前,矿井 440 m 水平上组煤涌水量为 365 3 3 m / h,下组煤 390 m 水平涌水量为 1690 m / h。 首 3 采区的涌水量为 890 m / h,二采区的涌水量为 93 3 3 m / h,三采区的涌水量为 700 m / h。 矿井主要使用 分水平独立排水方式,主要的排水组成部分有井底 中央泵房、下组煤 390 m 水平 2 个排水泵房、沟底泵 房。 工作面正负两巷均完善了排水系统,正巷排水 ~ 2. 80 m,平均为 2. 33 m,灰色,以石英为主,泥质 胶结,具有直线型斜层理。 3 3 能力约 360 m / h,副巷排水能力约 240 m / h,满足 实际排水及相关规定要求。 根据底板等高线显示 10-301 工作面为一单倾 构造(北高南低,副巷局部存在一小背斜),褶曲轴 部及翼部区域顶底板存在不同发育程度的裂隙和破 碎带,依据以往开采经验,回采时可能增加少部分涌 水量,褶曲两翼倾角为 2° ~ 15°,平均为 6°,对工作 面回采影响程度较小。 工作面副巷掘进过程揭露了 2 ꢀ 导水构造探测 2 . 1ꢀ 物探工作 为查清工作面隐伏构造,查明工作面底板富水 性,对该工作面分别采用坑透、瞬变电磁和底板四级 [1-5] 测深法进行探测 。 ( 1)无线电波坑道透视探测。 为探测 10-301 回 ꢀ ꢀ 李献飞(1981—),男,工程师,031400 山西省霍州市滨河小区 采工作面顶底板含水层的富水性、工作面内部构造 发育情况,选用 WKT-E 型无线电坑透仪进行工作。 1 3 号楼。 2 32 ꢀ ꢀ 李献飞:团柏煤矿 10-301 工作面构造导水治理技术ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 4 月第 4 期 该型设备的工作频率选用 0. 5 MHz,探测宽度分别 为 230,210,170 m 的 10-301 回采面。 造。 3ꢀ 注浆堵水治理 ( 2)矿井瞬变电磁法探测。 探测 10-301 回采工 10-301 工作面现主要出水区域有 2 处,第 1 处 出水点位于正巷第 1 绕巷处,回采点施工注浆孔 1 个,扫孔 2 次注浆 5 个孔,钻探进尺 1 200 m(包括扫 孔),注水泥 120 t,注浆压力 3 MPa,经过注浆加固 作面顶底板含水层的富水性,并对构造裂隙的发育 情况进行分析。 选用 YCS512 型瞬变电磁仪进行瞬 变电磁超前探测。 采用中心回线装置,采用多匝 3 3 1 2 . 5 m×1. 5 m 矩形回线,发射线框 10 匝,接收线框 [ 后,涌水量由 100 m / h 减小至 20 m / h。 第 2 处出 水点位于正巷第 2 绕巷区段,出水形式为顶板淋水 及底板 渗 水。 第 2 绕 巷 区 段 初 始 涌 水 量 为 130 6] 4 匝 。 叠加次数 32 次,时间采用标准时间序列。 3)矿井直流电法底板四极测深探测。 探查 0-301 回采面底板 40 m 范围内底板含水层(O2 )裂 ( 3 m / h,为减少工作面涌水量,消除水害隐患,减轻回 1 隙的发育、 富水 情 况, 圈 定 出 相 对 富 水 区。 选 用 YDZ(A) 直流电法仪进行直流电底板四极测深探 测,探测长度为 650 m。 采期间的排水压力,对第 2 绕巷陷落柱及其影响区 [ 7-9] ,目前注浆工作仍在进行中,现 域实施注浆封堵 共施工钻孔 11 个(右侧注浆硐室 9 个,左侧注浆硐 室 2 个),钻探进尺为 1 500 m,累计注浆量为 400 t, 注浆终压为 3 MPa。 目前绕巷区段涌水量已由 130 2 . 2ꢀ 物探成果解译 ( 1)坑透成果。 第一区段回采范围内坑透无异 3 3 m / h 减 小 至 80 m / h, 总 体 上 注 浆 堵 水 效 果 显 [10-11] 常。 ( 2) 瞬变电磁法。 存在隐伏构造的区段有 2 著 。 # 处,即 2 异常区位于 10-301(2) 巷 560 ~ 610 m 处; 4ꢀ 结ꢀ 语 对团柏煤矿 10-3-1 工作面分别开展了物探、钻 # 3 异常区位于 10-301(2)巷 304 ~ 354 m 处,分析认 为这 2 处存在隐伏构造的可能性较大。 3)底板四级测深法。 存在隐伏构造的区段有 探工作,基本查明了影响生产的构造分布特征。 对 影响生产的断层施工了绕巷,对导水陷落柱进行了 注浆堵水,涌水量显著降低,避免了矿井水害事故的 发生。 ( 1 3 处,编号为 Z2 。 Z2 异常为位于 10-301(2)巷 310 ~ 60 m 的一处低阻区,可能存在隐伏构造。 ( 4)异常叠加区域。 异常叠加区域位于副巷 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 3 10 ~ 350 m 处,异常叠加区域为钻探验证的重点区 [ [ 1]ꢀ 李江华,廉玉广,焦ꢀ 阳,等. 综合物探技术在工作面导水构造 探测中的应用[J]. 煤矿安全,2018,49(3):129-132. 2]ꢀ 赵丽英. 团柏矿 10-304 掘进工作面超前探测设计[J]. 煤炭与 化工,2017,40(3):125-128. 域。 . 3ꢀ 钻探验证 1) 异常叠加区(310 ~ 350 m 处) 钻探验证。 2 ( 异常叠加区副巷 350 m 处钻孔内 45 ~ 90 m 区段为 灰黑岩,96 ~ 111 m 深度为灰黑岩,且钻孔 6 ~ 15 m 深度反水不正常;370 m 处钻孔内 57 ~ 103 m 区段 为灰黑岩;388 m 处钻孔内 37 ~ 64 m 区段为灰黑 岩,111 ~ 135 m 区段为灰黑岩。 推断该区段存在 32 m×20 m(长轴×短轴) 的导水陷落柱,位于副巷 348 [3]ꢀ 范建国,翟明华,郭信山,等. 深井顶板水害定向钻孔及控域注 浆关键技术[J]. 煤矿安全,2015,46(10):97-100. [ [ [ [ [ [ 4]ꢀ 夏志阳. 导水陷落柱预注浆治理[ J]. 江西煤炭科技,2015,39 2):140-142. ( 5]ꢀ 刘艳红. 工作面淋涌水破碎顶板煤巷支护技术研究[J]. 山西 焦煤科技,2017,41(8):61-63. 6]ꢀ 张继岭,尚衍峰,狄艳丽. 矿井瞬变电磁法在杨村煤矿底板富 水体探测的应用[J]. 煤矿现代化,2011(4):33-35. 7]ꢀ 邢松涛. 基于层合板理论的采场底板隔水性能研究[ D]. 徐 州:中国矿业大学,2014. ~ 380 m 处,影响推进长度约 32 m,距副巷最近位置 为 44 m,将该陷落柱命名为 X1 陷落柱。 2)非物探异常区构造圈定。 副巷 435 m 处钻 ( 8]ꢀ 张江波. 综采工作面遇无炭柱施工技术在团柏煤矿的应用 孔 90 ~ 126 m 区段岩性变化不正常,灰黑岩、灰岩、 灰白岩短距离内交替出现,钻机给压不稳定;正巷 [ J]. 山东煤炭科技,2014(3):41-42. 9]ꢀ 杨国良. 团柏煤矿近距离煤层底板破裂深度与工作面长度的 关系[J]. 现代矿业,2017(9):257-258. 4 35 m 处钻孔 90 ~ 93 m 区段岩性变化不正常。 分 析该区域内副巷 432 ~ 443 m 处存在一不导水陷落 柱,规格为 25 m×11 m(长轴×短轴),影响推进长度 约 11 m,距离副巷最近为 85 m,将陷落柱命名为 X2 陷落柱。 结合钻机给压变化、煤岩性质变化、钻孔出 水等情况综合分析,判定只有 X1 陷落柱为导水构 [10]ꢀ 赵正国. 团柏煤矿井田陷落柱涌水防治研究[J]. 能源技术与 管理,2017,42(3):90-92. [ 11]ꢀ 石长青. 断裂结构面对回采工作面矿压及顶板稳定性的影响 J]. 山东煤炭科技,2017(4):3-5. [ ( 收稿日期 2018-10-19ꢀ 责任编辑ꢀ 王小兵) 2 33
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