刘桥一矿662工作面底板注浆防突水设计.pdf

代 2 0 1 2 年第4 期 总 第1 0 9 期 刘桥一矿 6 6 2工作面底板注浆防突水设计 刘 飞 国投新集能源股份有限公司 口孜东矿 安徽 阜阳 2 3 6 1 5 3 摘要刘桥一矿 6 6 2工作 f 含有含水灰岩层 由钻孔资料计算 出其煤层的底板 突 水水 系数为 0 0 9 3 MP a m 大于淮北矿 区工作 面的 0 0 7 M P a m 完整底板 和 0 0 5 MP a m 不 完 整底板 的经验安全值 若不采取措施就进行i f 常开采 将有很大可能会发生煤矿突水事故 本次设计主要是通过在工作面向煤层底板下的灰岩层钻孔并注入水泥浆 通过水泥浆在含 水灰岩层里扩散胶结成为隔水层 增加煤层原底板的厚度 从 而使工作 面的突水 系数降低到 低于淮北矿 区工作面的安全开采经验突水 系数 使得煤矿能够安全的开采 关键 字突水 注浆 煤 层底板 中图分类号 T D 2 6 5 4 8 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 2 0 4 0 0 4 7 0 3 煤矿 突水 问题 的研究是 煤矿水 害防治 的基础 性 工作 属条件水 文地质学 的研 究范畴 早 期 的防 治水工作 主要是通过条件研究进行经验性决策 后来 由于政府对煤矿突水水 害问题 的关注 煤矿突 水 问题 的研究得到 了极大的发展 提高 了水患诊断 的水 平 再此基础上提 出了 突水系数 的概念 并 且取得 了峰峰 焦作 淄博 井陉四大矿 区的临界突 水 系数经验数据 通过统计 整理和分析大量 的突 水资料 得 出了考虑矿压对底板破坏 因素 的新 的突 水系数经验公式 新的经验公式在安全 经济开采 以及 分析 突水 水量和 突水次数方 面发挥过 重要 的 作用 并 以安 全水头 的形式写入原煤 炭部制 定 的 煤矿防治水工作条例 试行 中 1 工作面 地质概 况 刘桥一矿 6 6 2工作面位于六采 区西侧 主采 6 煤层 工作面的设计长度 6 3 0 6 8 8 m 机巷长 5 6 0 m 风巷 为 6 0 5 m 工作面 的水平 宽度为 1 6 0 m 预计 6 6 2 机 巷 煤层 标 高 在 3 8 0 3 4 0 m 风巷 煤 层 标 高 在 4 4 0 3 8 0 m 切眼标高在 3 8 0 3 4 0 m之 间 工作 面下 部为厚层灰岩层 其 内含太 灰岩水 根 据其岩 性及厚度 的差异 由上 向下依 次命 名为 L 1 L 2 L 3 L 4共计 4层灰岩层 6煤层底板到 L 1 灰岩 的顶板 厚 度 为 5 5 7 3 m L 1顶 板 到 L 3底 板 的 厚 度 为 2 9 6 9 m 6煤到 L 2灰岩底板 的厚度为 6 9 m 因而 6 煤 的底板到 L 3底板的厚度为 8 5 4 2 m 在下面 的计 算 中为方便计算则取 8 6 m 在不采取措施 的情况 下 6煤底板的开采安全厚度则是 6煤底板到 L 1灰 岩顶板的厚度 即 5 5 7 3 m 另外通过测量得 出在轨 道石门新施工放水孔揭露太灰水水压为 3 8 MP a 按 矿井水文地质规程 及 皖北煤电集团公司防治水 工作实施 细则 推算出突水 系数为 3 8 5 5 7 3 1 5 4 7 0 0 9 3 MP a m 1 5 m是 由于采动时对底板破坏深度及 导致太灰水导高共取 的厚度 而淮北矿 区工作面 突水 系数 的经验 常数是 0 0 7 MP a m 完整底板 和 0 0 5 MP a m 不完整底板 超过 了经验 系数 如果不 采取措 施 增加底 板 的厚度 采 区在开 采过程 中底 板可能会发生突水事故 工作面布置见图 1 图 1 刘桥一矿 6 6 2工作面布 置图 2 设计原 理 为了降低突水系数 也就是要增加煤层底板的 厚度 针对该 工作 面的水文地质 情况 采 取底版 饭 注浆的措施来增加煤层底板 的厚度 而注浆改造技 术作为一种按人的意志改变岩体 层 水文地质条件 的方 法与手段 基本原理 是浆液在 一定压 力 作用 下 在受注层原来被水 占据的空隙或通道 内脱水 固结或胶凝 使结石体或胶凝体与围岩岩体形成阻 水整体 从而改变不利于采矿的水文地质条件 其 主要有 四个方而的作用 1 向薄层 灰岩大量灌 注浆液 浆液 在 薄层灰 岩沿岩溶裂隙扩散 结石 充填 把含水层 的水 置 换 出来 使之不含水或弱含水 2 浆 液在 注浆压力作 用下 通 过 灰岩沿灰 岩 水补给灰岩通道运移 扩散 结石 堵塞或缩小进水 通道 减少灰岩水的补 给量 煤矿现代化 2 0 1 2 年第4 期 总第1 0 9 期 3 浆液 在注浆压 力作用下 通过 灰岩 沿着煤 层 底板 裂 隙运移 扩散 结石 充填 隔水 层含 水裂 隙 强化 加厚煤层底板 4 钻孔 的孔 口管起 到加筋作用 改善底 板应 力分布 协调底 板变形 降低采动破坏深度 减少裂 隙率 本着既经济又安全 的原则 注浆 的 目的层选为 L 3灰岩 钻孔 的位置为 L 3灰岩 的底板 L l 顶 L 3 底 约 2 9 6 9 m 由水 2 2孔地质勘探所揭露 的地层所 求 出 的结果 改造 L 1 L 2和 L 3后 煤层 底板 的厚 度 将增加 2 9 6 9 2 5 5 4 6 9 m 2 5 m为浆液 的扩散半 径 底板总厚度达到 5 4 6 9 5 5 7 3 1 1 0 4 2 m 工作 面 突水系数将降低至 3 8 1 1 0 4 2 1 5 0 0 4 4 1 M P m 符合安全规程低 于淮北矿 区工作面 0 0 7 MP m 完 整底板 和 0 0 5 M P m 不完整底板 的安全值 矿区 地层主要参数见表 1 表 1 矿区地层主要参数表 6 煤 到 L l 的顶板 6 煤 到 L l 的底板 6 煤 到 2的底板 6 煤 到 L 3的底板 I J 1 顶板到 L 3 底板 L 1 底板到 L 2 底板 L 2 底板到 L 3 底板 5 5 7 3 计算取 5 6 6 O 6 9 8 5 4 2 计算取 8 6 2 9 6 9 计算取 3 O 9 1 7 3 设计 方案 1 在工作 面尚未形成 物探 尚未开 展 的条件 下 布孔暂按均匀的原则布置 根据刘桥二矿 6 1 4 工作面的注浆结果和永城煤电集团的调研结果 取浆 液的扩散半径为 2 5 m 对底板实施钻孔注浆改造 2 钻 窝布置在工 作面 的机巷 和风巷 以保证 钻探工程量最小 3 钻孑 L 的俯 角不小于 3 0 以确保施工 的方 便 4 钻孔不能为直立 全为倾斜状态 以尽可能 的穿过裂 隙 穿 过的含水层更 长 使得 注浆 的效果 更好 5 在钻探 过程中为了揭露更多 的裂 隙以增强 注浆效果 注浆孔的裸孑 L 孔径设计为 8 9 mm 终孔 为 L 3灰岩底板 实际深度 以钻进地层层位为准 考 虑到 太 灰水 压 大 3 8 MP a 的特点 为 保证 矿 井安 全 参照河南方庄煤矿等矿区底板治水的经验 每 个 钻孔设计二级孔 口固定装置 一级孔 口装置开孔 孔 径为 1 7 0 mm 孔 口管孔径 1 4 6 ra m 长为 1 0 m 承受压力大于 4 M P a 二级孔 口装置开孔孔径为 中1 2 7 m m 孔 口管孔径 1 0 8 m m 钻孔距 L l 灰 岩顶 垂深 5 5 7 3 m 在下面 的计算过程 中则取整数 5 6 m 孔 口管既作为注浆通道 同时可起到 6煤底板的加筋 作用 改善底板应力分布 协调底板变形 增加抗弯剪 能力 降低采动破坏深度及减少裂隙率 孔 口管 以下 为裸孔 孔径为 8 9 注浆检查孔的结构同上 孔 口 管装置可根据现场经验简化及相邻孔 的探查情况 6 在掘进的同时施工钻窝 钻窝完成后 即可施 工钻孔 每个钻 窝 内的钻孔 的施工顺 序是 Z x 一1 Z x 一3 z x 一5 z x一2 z x 一4 Z x 一6 这样既可检验原 来 的注浆效果 又可将原来未注实的裂隙补充注实 其他钻窝钻孔的施工顺序同上 原则上完成一孔注浆 一 孔 以防止钻孔穿浆 如果同一钻窝同时开工两台 钻机 要按照上述孔序施 工 注浆要 同时注 防止穿 浆 注浆孑 L 的施工顺 序为 钻孔定位一 开孔 口下孔 口管一钻进设 计深 度一 注浆直 至达到 注浆 结束标 准 注浆施工顺序见 图 2 图 2 注 浆施 工顺序 图 4 钻孔布置及效果 根据 2 5 m 的浆液扩散半 径和钻孔 进尺最小 的 原则 共设 计钻 窝 l0个 泵 窝 1 0个 编号依 次 为 Z 1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 Z 6 Z 7 Z 8 Z 9 Z 1 0和 B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7 B 8 B 9 BI O 每个 钻窝 或泵 窝 间距 1 1 0 m 每个钻窝共设计 6钻孔 编号依次 为 Z 1 1 Z 1 2 Z 6 6 具体注浆孔布置见图 3 l j 图 3 注浆孔布置 图 最终的注浆效果见 图 4 图 4注浆效果 图 48 煤矿 现代化 2 0 1 2 年第4 期 总第1 0 9 期 5 结论 通 过本设计方案 在 6煤底板经过注浆改造后 其底板的厚度由原来的5 6 m变为后来的 1 1 lm 增加 了 5 5 m 的厚 度 其 底板 的突水 系数 由原来 的 O 0 9 3 M P a m降低到 0 0 4 4 1 M P a m 符合安全规程f 低 于 淮 北 矿 区 工 作 面 O 0 7 M P Mm 完 整 底 板 和 0 0 5 M P a m 不完整底板 的安全值 煤矿可以安全的 开采而且保护 了地下水资源 产生了巨大的经济效益 和资源效益 参考文献 1 李占五 王兴富 彭锟 等 超化煤矿三软煤层采 煤工作面底板承压水的防治 J 煤炭科学技术 2 0 0 9 1 2 齐蓬勃 董 家河煤矿底板透水治理初探 J 陕西煤 炭 2 0 0 9 5 3 陈彦 昭 王建合 丁建 军 等 底板注浆改造技 术 在泉店煤矿首采面的应用 J 中州煤炭 2 0 0 9 l1 作者简介 刘飞 1 9 8 4 一 男 江苏金湖人 地质工程助理工 程师 2 0 0 7年毕业于安徽理 工大学地质工程专业 现 在 口孜 东矿地测科工作 收稿 日期 2 0 1 2 3 1 7 Flo o r Gr o ut in g a nd W a t e r Bur s t Pr e v e n t io n De s ig n f o r 6 6 2 W o r k ing Fa c e o f L i u Qi a o N o 1 Co a l Mi n e A b s t r a ct T h e r e a r e ca lca r e o u s r o ck l e v e l o f w a t e r u n d e r L i u Q i a o o r e 6 6 2 w o r k i n g s u r f a ce s C a l cu la t e s i t s co a l b e d b a s e d o n t h e d rill h o le ma t e ri a l t h e le d g e r w al l fl o o d in g w a t e r f a ct o r is 0 0 9 3 MP a m it I s b ig g e r t h a n t h e Hu a ib e i min in g a r e a wo r k in g s u rf a ce 0 0 7 MP a m co rn p l e t e l e d g e r w al 1 a n d 0 0 5 M P a m i n co mp le t e l e d g e r w a l 1 e x p e rie n ce s e cu rit y v al u e I f i t i s n o t t a k e t h e m e a s u r e t o ca l T y o n n o r ma l m i n i n g wo r k in g s u r f a ce s wi l l h a s v e r y g r e a t l y p o s s i b l y t h a t i t ca n h a s t h e co a l mi n e fl o o d i n g a ccid e n t T h is d e s i g n ma in l y i s t h r o u g h a n d p o u r s i n t o t h e ce me n t mo r t a r in t h e wo r k f a ce t h e co a l b e d le d g e r wal l u n d e r cal ca r e o u s r o ck le v e l d ri ll h o le p r o lif e r a t e s ce me n t e d t h r o u g h th e ce me n t m0 卜 t a r in t h e wa t e ry cal ca r e o u s r o ck le v e l b e co me s t h e a q u iclu d e in cr e a s e t h e t h ick n e s s o f t h e co a l b e d o ri g in al le d g e r wal l T h u s ca u s e s t h e wo r k i n g S u r f a ce r e d u ce t h e fl o o d in g co e ffi ci e n t t o ma k e i t lo we r t h a n t h e t h e s a f e min in g e x p e ri e n ce fl o o d i n g co e ffi ci e n t o f Hu a i b e i mi n i n g a r e a w o r k in g s u rf a ce ma k e the co al min e ca n b e a b le t o min e s a f e ly Ke y wo r ds Flo o din g No t e thick liqu id Co a l be d le d g e r wa ll 上接 第 5 2页 2 柴敬 尉朝闻 煤矿沿空留巷围岩控制研究 J J 岩土 力学 1 9 9 7 S 2 4 3 2 4 7 3 刘建新 等船 空留巷矿压显现规律分析 J 煤炭科 学技 术 1 9 9 4 2 2 7 3 0 4 陆士良 无煤柱护巷 的矿压显现 M 北京 煤炭 工 业 出版社 1 9 8 4 5 孙恒虎 赵炳利 沿空留巷的理论与实践 M 北京 煤 炭 工业 出版社 1 9 9 3 6 白云峰 等 无巷 旁支护沿空留巷 的矿压显现规律 J 矿 山压力与顶板管理 1 9 9 6 1 4 4 4 6 7 黄玉诚 等 前进 式开采沿空留巷的矿压观测研 究 J 矿 山压力与顶板管理 1 9 9 6 1 3 8 4 0 作者简介 林 东才 1 9 5 7 一 男 山 东滨 州人 教授 硕 士 生 导师 主要研 究方向采煤方法与工艺 矿 山压力与岩 层 控 制 收稿 日期 2 0 1 2 3 1 9 Nume r ica l Simu la t io n An a ly s is o n S t r a t a Be h a v io r s a n d t h e Pr e s s u r e La w o f I n s it u Go b s id e En t r v Re t a ine d LI N Do n g ca i W EI Xi he C o ll e g e o f N a t u r al R e s o u r ce s a n d E n v i r o n me n t al E n g i n e e rin g S h and o n g U n i v e r s i t y o f S cie n ce a n d T e ch n o lo g y Q i n g d g o 2 6 6 5 1 0 C h i n a Ab s t r a ct L a y e r e d r o o f s t r a t a p ie ce s f e ll T h e r o t a t io n s in k in g an d p a n n in g s in k in g o f t h e r o o f s t r a t a t h e le a d t o d is t ri b u t in g afr e s h o f s u r r o u n d in g r o ck s t r e s s s u r r o u n d in g r o ck d e f o rm a t io n is s e ri o u s t h e r e f o r e ma s t e ri n g r o o f mo v e me n t r u le s ca u s e d b y a b u t me n t p r e s s u r e in fl u e n ce o f g o b s id e e n t ry r e t a i n e d i s v e ry n e ce s s a r y Acc o r d i n g t o a ct u a l s i t u a t i o n o f t h e s h al l o w s e a m d u e g e t t i n g wi d e t u n n e li n g g o b s i d e e n t ry r e r a in e d o f co n cr e t e b lo c k s t h r o u g h t o t h r e e d ime n s io n a l n u me ri ca l mo d