煤矿工作面充水原因分析及底板水害防治技术研究

煤矿工作面充水原因分析及底板水害防治技术研究摘要：煤矿生产中，经常遇到工作面底板水害，对生产安全造成不利影响用本文以某煤矿为例，先是对工作面充水原因分析，然后从物探设计、钻探设计以及注浆设计等方面对底板水害防治技术展开探讨用煤矿生产中，落实好底板水害防治，能降低水害事故概率，保障人员生命安全及生产活动顺利开展，也可以避免水害对地下水环境造成不利影响，有助于保护区域生态环境，使煤矿具备绿色可持续发展特性用因此，有必要对煤矿工作面充水原因及底板水害防治技术予以研究，提高底板水害防治成效案例项目为某煤矿的5106工作面(如图1),地处一采区西侧，该工作面四邻不存在采空区用生产中该工作面进风槽设定为916m,回风顺槽设定为997m,整体宽度约203m用区域内煤层厚度14.5～16.9m,倾角1～11°用底板标高处为+900～+1011m,实际隔水层厚度大约34.8m,为薄隔水层带压工作面，需要面对奥灰水突水问题用为保障作业安全，煤矿生产单位对该工作面采取针对性的底板水害防治技术措施，效果理想用本次研究以该工作面为例，针对充水原因及底板水害防治技术进行探讨图1某煤矿工作面示意图2煤矿工作面充水原因分析2.1较多的充水水源丰富的水源是工作面充水的主要原因，结合实地勘察结果看，该工作面充水水源主要包括以下几种①地表水用案例工作面的地表植被较少，并且为山区丘陵，可以促进地表水排泄，同时地表难以形成积水用再加上工作面上覆岩层较厚，完成采矿后，导水断裂带通常不会对地表产生影响，所以地表水多数情况下不会对该工作面造成影响，属于间接充水水源#进入雨季后，部分区域可能存在积水，并且能顺着裂缝进入工作面形成充水②砂岩裂隙含水层#案例工作面顶板区域存在砂岩裂隙含水层，整体富水程度不一，尤其是裂隙发育区或者是未揭露断层，均有丰富的地下水，属于工作面充水的主要来源，也是重点监控对象之一用③采空积水用虽然该工作面四邻不存在采空区，但是上覆2号煤有较多的采空积水，两者层间距不超过70m,这些积水在案例工作面采后形成较严重的直接充水问题④该工作面出现奥灰水突水的可能性较大，奥灰岩溶裂隙水将成为该工作面的主要充水水源2.2丰富的充水通道①顶板导水断裂带用针对煤层开展回采，会对顶板产生扰动破坏，出现顶板垮落带以及断裂带，两者均为导水断裂带，在生产期间极可能直接与顶板含水层②垂向导水构造用结合现场调查研究看，案例工作面存在多条断层#这些断层可能出现自身充水，也可能直接与上覆或者是下伏含水体导通，对工作面实③底板破坏带用回采期间，对底板造成扰动破坏，陆续出现破坏带，预计深度能达到28m用本次研究的工作面底板本身隔水层非常薄开这些破坏带非常有可能延伸至奥灰导升带导致奥灰水进入工作面开出现突水问题用3煤矿工作面底板水害防治技术研究本次工作面物探活动主要通过音频电透视技术完成开对于测点的设置将以工作面两顺槽进行编点开实际各点间距要求设定为10m和导线点实时校对按照50m要求对两顺槽发射点距离进行设定接收点之间的距离设定为10m用为提高检测精确性开发射以及接收点共计设定196个前者设定34个、后者设布设发射以及接收点时每个发射点主要和10～20个接收点对应开同时接收点应该在另一巷道的对称区域完成扇形布设#正式开展物探测量活动时开主要对测量效果主要采用孔中顺变电磁开并将其安装在A3孔和c3孔开对于各测点间距要求达到2m即可开整体布设530个测点开对于测线开选定长度达到1061m开能将各测点有效连接用为提高钻探成效本次施工主要选用常规以及定向钻探两种技术工艺未覆盖区域主要借助常规钻探技术完成探查以及治理切眼局部主要采用定向钻探工艺进行探查及治理其余部分均借助定向钻探工艺进行处理开设计情况如下3.2.1定向钻探设计案例工作面整体宽度为202m开实际长度约795m决定实施全面带压以及治理正式施工期间开进回风巷帮外大约20m需要各打造1组钻孔平面内主要按照50m要求设定平面孔间距开整体需要打造4组共计12个钻孔确保能对底板有效覆盖由于回采方向长度达到了795m开决定顺着回采方向分别打造两个不同阶段的定向钻孔田如图2所示设置情况如下：图2案例项目钻探设计概况图①一阶段孔位布置用一阶段钻孔作业主要用来对切眼一直到工作面的区域开展治理主要包括2个钻场第一个钻场设定在H261导线点前大约20m处开主定在H272导线点前大约40m处开同样设有3个孔分②二阶段孔位布置#主要用来对工作面中部一直到停采线的区域开展治理主要包括2个钻场第一个钻场设定在H255导线点的内帮处主要包括3个孔开分别为C1、C2以及c3第二个钻场设定在H271导线内帮处同样设有3个孔分别为D1、D2以及D3#上述各孔间距根据现场情况选定²用案例工作面从切眼位置一直到中部有100m左右的定向钻探无法覆盖的区段为提高水害防治成效该区段主要借助常规钻探方式处理开做法是钻孔完毕后对底板含水层注浆开实施有效固化#实际处理的范围如图3所示整体面积达到33000m²细化范围包括切眼一直到回采方向大约120m切眼所处区域外扩约20m进回风巷道所处区域外扩约20m用图3案例项目常规钻探设计概况图为提高注浆作业成效开案例项目主要借助地面注浆站完成造浆用实际注浆时主要运用孔口高压注浆技术曲本次施工中开地面注浆主要借助射流搅拌技术能够做到连续不间断制浆以及注浆所用材料主要为水泥此外会结合裂隙情况开对其他材料进行运用比如水泥、粉煤灰以及黏土等材料拌和制成的混合浆技术要点包括以下方面①正式开展注浆时开通过静压方式完成分序分段注浆同时利用孔口封闭方式止浆#操作时应遵循由上至下的顺序分段完成钻进开并同步落实注浆操作用施工期间上段注浆未能达到标准和要求时开不允许开展下段的注浆施工用本次施工中每段长度控制在50～100m之间也可以结合水的情况临时改动②本次注浆施工主要将奥灰含水层顶部以下大约③注浆期间开如果钻孔没有揭露奥灰水注浆发生钻井液少许漏失可以借助堵漏剂堵漏然后再开展钻进作业用若是发生大量漏失应及时借助稠水泥浆堵漏开然后开展钻进此外奥灰顺层开展钻进期间如果孔中用水以及钻井液漏失量未能超过10m³/h可以不必单独处理继续开展钻进即可#若是超过这一标准开应该向前钻进大约10m再开展高压注浆操作用另外奥灰顺层开展钻进期间如果不存在漏失问题或问题较轻微可以每隔50～100m组织实施压水试验3¹用④根据以往对浆液扩散半径检查分析结果看开本次施工的初步扩散半径主要取20～30m实际施工期间开应结合有关试验还有钻探等情况合理对钻孔布设做出调整⑤根据以往类似施工底板注浆加固处理效果注浆孔口压力超过6MPa后用注浆层位吃浆量相对良好开所以本次施工决定将压力调控在7MPa#示平均每米注浆量接近1t4根据图4看B区吃浆量达到0.13t/m²开属于可注性最佳的区域PD区吃浆量在四个区中最低开只有0.03t/m²开属于可注性最差的图4各区实际注浆量概况图4煤矿工作面底板水害防治效果分析4.1透水率分析为检验底板水害防治效果完成注浆后组织检测人员对涌水量超过10m³/h同时注浆量较大的钻孔开展检测分析地层注浆前后透水率开通过对比前后透水率判断本次注浆作业的效果是否良好如图5所示通过图5发现开注浆完毕后各个钻孔透水率均未超过1Lu开注浆效果良好可以确保注浆层得到加固避免因大量涌水引起安全事故9图5案例项目注浆前后透水率概况图4.2音频电透视为检验煤矿工作面底板水害防治效果案例项目在开展防治工作前后分别针对工作面开展音频电透视检测用防治前开展的探测活动主要用来了解底部富水异常区的分布状况为防治顺利开展提供依据防治后开展的检测活动主要用来了解注浆改造效果通过两次对比判定治理效果是否理想用通过两次检测对比开发现此次施工注浆改造工作将底板地层中一系列关键裂缝全部通过水泥浆进行封堵检测结果显示电阻率呈现较大提升开表明底板注浆活动对含水裂隙可以发挥显著的封堵作用降低底板水对回采活动产生的不利影响和干扰#综上所述在