采煤工作面顶 板动态离层水预疏放实践

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 采煤工作面顶板动态离层水预疏放 实践 “MsoNormal” style=“厚 76.388.77m，下距 7 煤层 61.262.83m，属闪长岩和闪长玢岩， 整体块状结构，总体属隔水层，能阻隔 四航对煤系地层的补给。但当有断层等 裂隙发育与四含沟通时，使局部丧失隔 水作用，通过地面补勘钻孔采取钻孔电 视技术可清晰看到该区火成岩发育有大 量纵向和层状拉伸裂隙，但不含水。 1.1.3 7 煤顶板砂岩”MsoNormal” style=“厚 14.0730.87m，下距 7 煤 层 12.8628.03m，含脉状裂隙承压水， 属弱含水层，是 7 煤开采的直接充水水 源。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 1.1.4 7 煤底板煤岩层”MsoNormal” style=“8、9 煤层相距约 3m，8 煤上 距 7 煤约 22m，与 7 煤层同属于二叠系 下石盒子组，在该区两煤层均未开采。 “MsoNormal” style=“上距 7 煤层约 116m 为二叠系山西组 10 煤层，该层煤 工作面于 2002 年 11 约全部采完收作。 1.2 745 工作面突水原因”MsoNormal” style=“工作面发生突水后，为了查明 突水原因，在位于停采线外 5m，机巷 向上 10m，施工了一个钻孔 R455 孔， 孔深 368.53m，终孔层位位于 7 煤顶板 34.8m，钻孔离层发育柱状见图 1。钻孔 在施工过程中发现岩浆岩底板 1.6m 至 粉砂岩 1.4m 段，被掰开形成 T3 离层带， 段高 3m，具典型的硬软岩层界面易产 生离层的规律特征。注水实验测流结果， 单位吸水量为 0.16l/s.m。 “MsoNormal” style=“煤系地层中， 在孔深 339.5341m 孔段的砂岩与粉砂 岩界面分布有段高为 1.5m 的 T2 离层带， 其中砂岩掰开 0.11m，粉砂岩掰开 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 1.39m，也是软、硬岩层界面。其单位 有吸水量为 0.056l/s.m，表明离层带为 破碎岩石充填，而不是空腔。 “MsoNormal” style=“在孔深 350.74368.53m 的巨厚的砂岩中，砂 岩顶界 6.76m 以下发现有段高为 1.2m 的 T1 离层带，单位吸水量为 0.32 l/s.m，K 值为 31.16m/d。总吸水量为 13.64m3/h。 “MsoNormal” style=“R455 孔终孔时 位为 333m，在岩浆岩孔段的水柱高度 为 16.1m。T1、T2、T3 三个离层带均 有积水。44d 后水位为 340m，已低于岩 浆岩底板 18.9m，表明 T3 离层带已处 于水位之上而成为“ 无水离层带 ”。T2 离 层带顶界为 339.5m。表明该离层带上部 0.5m 已处于水位之上，只有 T1 离层带 仍保持水位，水柱高达 17.5m。这说明： A、R455 孔内水位保持 44 天，原因是 有 T3“积水离层带” 存在。B、R455 孔 深 368.53m，孔底距 7 煤顶 34.8m。孔 底有水位说明其下部砂岩还没有被导水 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 裂隙所波及。46d 后孔内水位消失，钻 孔发生吸风现象，说明 T3 积水离层带 被疏干。 “MsoNormal” style=“上述现象说明 T1 积水离层带的单位吸水量为 0.32l/s.m，是 5.21 突水的直接水源。当 山西组 10 煤层回采后，下石盒子组及 其以上地层属整体弯曲下沉带，但受巨 厚火成岩板支撑，其上部岩层并未随之 下沉，受自身重力和火成岩板拉伸共同 作用，造成下石盒子组地层不均匀下沉， 并在 7 煤顶板砂岩中形成拉伸破坏，从 而形成离层。因该层砂岩自身就是弱含 水层，加之四含水通过浅部露头和火成 岩裂隙对其缓慢补给，使离层内积水。 当 7 煤层采动后，破坏了火成岩原有的 应力平衡，并活动产生动力，在该动力 作用下，压挤离层，积水冲破了离层于 7 煤采动后导水裂隙带间有限的隔水层， 从而发生突水。该次突水事故是极复杂 水文工程地质条件下发生的动力突水的 特例。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 “MsoNormal” style=“ “MsoNormal” style=“ “MsoNormal” style=“图 1 R455 孔离 层发育及水位变化示意图 1.3 动力突水的特点”MsoNormal” style=“本次突水和其它工作面顶板砂 岩突水存在明显的区别，主要有以下几 方面的特点： “MsoNormal” style=“无明显征兆。 本次突水并未有顶板突水从小到大的规 律，而是瞬间溃出，几乎无何征兆。 “MsoNormal” style=“瞬时最大水量 3887m3/h，并伴有约 400m3 的矸石以 泥石流形式溃出，造成沿途巷道被切割 冲刷，最大冲刷深度 1.5m。 “MsoNormal” style=“水量衰减快， 具封闭水体突水特点，突水后仅过 3.5h 水量就衰减了 97。 “MsoNormal” style=“储水空间具动 态性。随工作面推进，在超前应力作用 下，工作面前方有新的离层形成，并不 断积水，产生新的突水水源。同时该空 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 间相对封闭，离层与离层间不连续。 “MsoNormal” style=“突水通道为采 动导水裂隙带。尽管导水裂隙带与离层 水之间存在隔水层，但较薄，极易被动 力水冲破。 “MsoNormal” style=“动力源为巨厚 火成岩体。因采动影响，造成整体岩层 地应力失衡，整体或部分岩层位移产生 动力，挤压储水空间，积水冲破有限的 隔水层造成突水。 2 预疏放水钻孔设计 2.1 目的和任务” MsoNormal” style=“针对动力突水的 特点确定了探放水钻孔的目的和任务， 一是进一步查明 7 煤顶板砂岩含水和富 水性；二是查明离层的发育情况；三是 为 745 工作面突水后恢复生产进行提前 放水，疏干降压。 2.2 预疏放钻孔布设方案” MsoNormal” style=“根据前述目的任 务，结合离层动态发育特点和 7 煤顶板 裂隙具有连通性等特征，打破顶板水探 放钻孔布设在工作面上方的传统，按每 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 50m 一组向工作面下山方向布置。钻孔 开孔于在 7 煤底板约 15m 施工的 745 岩 石轨道巷内，避免钻孔因工作面回采被 破坏，每个钻窝布置三个孔，呈扇形分 布，使钻孔呈网状穿过 7 煤顶板砂岩， 保证覆盖面。 2.3 技术要求”MsoNormal” style=“ 钻孔开孔直径 127mm，两层套管结构， 孔口管 810m，用标号不小于 500水 泥固管，压力不小于 5MPa 进行耐压试 验，合格后缩径 89mm 钻进至终孔。然 后全程下入 73mm花管作为过滤器， 防止孔内掉矸堵塞钻孔，保证钻孔持续 有效放水， “MsoNormal” style=“钻孔在施工过 程中若存在出水现象，需详细记录出水 层位、孔深，测量水量、水压，采取水 样进行水质分析。 3 预疏放效果分析 3.1 简易放水试验 效果”MsoNormal” style=“所有钻孔施 工完成后，选取了水量较大的 3 个钻孔 进行简易放水疏干，其它钻孔进行测压， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 监测钻孔水压变化情况。简易放水试验 为期 10 天，3 个孔总放水量 1025m3， 钻孔水压从 0.54MPa 降到 0.2MPa。经 计算砂岩水位从原始高出风巷约 5m， 下降到放水后仅高出机巷 0.2MPa。放 水试验结束后，进行了为期 72h 的恢复 水位试验，24h 后钻孔水压恢复到 0.25MPa，并保持稳定。 3.2 TEM 检测结果”MsoNormal” style=“在钻孔施工前，为了准确掌握 7 煤顶板砂岩的含水富水情况，在 745 工作面风巷、腰巷和机巷向工作面顶板 采取了瞬变电磁探测，共查出三处低阻 异常，视电阻率曲线横向上表现出起伏 变化较大，与高阻曲线明显不协调。探 测结论为三处视电阻率低阻异常对应工 作面顶板存在三处较强富水性，为赋水 异常区。 “MsoNormal” style=“为了进一步确 定钻孔放水效果，保证工作面恢复生产 后的安全开采，工作面恢复生产前再次 用瞬变电磁法对钻孔放水效果进行检验， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 重点探查先期探测三个低阻异常的视电 阻率变化。通过对比发现二次瞬变电磁 视电阻率明显增大，均大于 1.5，且视 电阻率等值线横向变化较均匀，与其它 高阻曲线协调性较好，煤层顶板电性横 向分布均匀，说明原探测富水区已降为 弱含水或不含水，钻孔放水效果较好。 3.3 工作面回采过程的预疏放效果” MsoNormal” style=“在工作面恢复生 产过程中，受超前应力影响，所有放水 孔水量均有不同程度变化，突出表现在 3钻场 1孔。 “MsoNormal” style=“该钻孔施工后 到工作面恢复生产推进距钻孔约 50m 期 间，钻孔水量一直保持在 0.8m3/h 的稳 定水量，当工作面推进距钻孔 50m 后， 钻孔水量持续增大，距钻孔约 20m 时， 水量已增大到 5m3/h，当工作面采到钻 孔上方时钻孔水量增大到 9.8m3/h，达 到极值，随工作面继续向前推进，钻孔 水量虽有所下降但仍保持在 7m3/h 的稳 定水量。在工作面恢复生产的整个过程 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 中，只有钻孔水量发生变化，而工作面 内却未出现任何淋水和滴水等水情异常。 见图 2。 “MsoNormal” style=“图 2 3-1 孔疏 水量变化趋势曲线与工作面累计推进度 对照关系图 “MsoNormal” style=“ “MsoNormal” style=“通过对整个回 采过程钻孔疏放水量计算，发现钻孔放 水总水量是 745 工作面突水水量的 2.3 倍，说明钻孔疏放水对超前疏放砂岩水、 截断离层积水水源发挥了重要作用。 4 结语”MsoNormal” style=“745 工 作面恢复生产后，先后采出原煤约 70Kt，工作面内未出现任何水情异常， 实现了安全开采，工作面预疏放顶板动 态离层水技术为类似顶板条件下水害防 治积累了治理经验，具有较可观的经济 和社会效益。 “MsoNormal” style=“由于离层动力 突水现象在国内较为罕见，如何防治尚 无成功的先例，因此采取何种布孔方式、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 孔组间距需要多大以及孔与孔之间如何 排列等才能实现最经济合理地预疏放煤 层顶板离层积水、截断离层积水水源， 保证预疏放效果，均处于一种摸索状态。 通过对 745 工作面顶板离层水的预疏放 钻孔设计、实施，主要有以下几点经验： “MsoNormal” style=“严格按规程要 求，每 50m 布置一组钻孔，保证了预疏 放水钻孔的覆盖面，确保砂岩水预疏放。 “MsoNormal” style=“钻孔布置在工 作面下山方向和采动影响范围之外，保 证钻孔在工作面采前、采中和采后持续 有效放水。 “MsoNormal” style=“在钻孔结构上， 改以往裸孔为两层套管结构，钻孔全程 下入花管作为过滤器，有效地防治了碎 矸堵孔，保证钻孔水流畅通。 “MsoNormal” style=“采取放水试验、 压力对比和物探对比验证等方法对放水 效果进行检验，使放水效果更直观明了， -精选财经经济类资料- -最新财