焦作煤业集团赵固(新乡)能源有限责任公司 河南省辉县市453634
摘要:在矿井探放水工作中,应加强对探放水工作的管理和监督,并与实际情况结合分析处理。由于探放水突发状况多,严重影响煤矿安全生产,因而需深入研究探放水施工方式,确保探放水施工安全合理。
关键词:煤矿;井下工作面;薄煤层;探放水工艺
当前,矿井渗水是煤矿井下最常见的事故之一,易引发矿井发生安全事故。因此,为确保煤矿生产安全,必须对矿井进行探放水,以降低矿井生产危险系数。并从矿井探放水实际出发,分析矿井探放水操作,确保矿井探放水工作能正常进行。基于此,本文详细论述了煤矿井下工作面薄煤层现场探放水工艺。
一、煤矿井下工作面薄煤层现场探放水工作原则
在矿井生产中,要求相关人员对矿井情况进行分析研究,结合工作实践,总结探放水的矿井挖掘情况,坚持“先探后掘、有疑必探”原则。需探放水井下工作常见情况为:①当水淹到煤窖,特别是空窖和老窖时,矿井事故发生率高;②通过含水溶洞或密集裂缝带开采时,必须进行探放水;③当采掘接近防水煤柱时,应进行探放水,以确保煤柱尺寸精度;④矿井施工期间,前方如有渗水,应停止施工,及时进行探水;⑤若采掘作业经复杂地质环境,应进行探放水,以防发生突发情况;⑥在湖泊、河流等地下水源附近采掘时,要进行探放水,避免出现危险情况。
二、工程矿区概况及水文地质条件
1、地质情况。矿区地层发育了上中下三层,下层发育不太健全,上层是石灰酸盐的沉积。石炭系下层由测水组、石磴子组、梓门桥组组成。其中,石磴子组由钙质灰岩组成,底板有石英砂岩,顶部为钙质泥岩,并夹杂泥质灰岩。测水组分为上下两部分,下部有7层含煤,厚约80m,三层是主采煤。梓门桥组下部主要为灰色泥质汇聚,中部主要为中厚层灰岩夹杂泥岩,上部为黑色灰岩,厚160m。该矿区矿井内部断层发育明显,以逆断层为主,其次为正断层,煤层平均厚度为2.2m。
2、水文地质条件。受采矿影响的水文和地质因素包括老窖水、大气降雨、地表水等。测水组煤层厚度一般为155mm,主要成分为泥岩、石英砂岩、砂质泥岩、细砂岩和煤,砂岩占总厚度的40%,含有弱砂岩裂隙水,这也是矿坑充水主要因素。在一些可采煤层附近,断层由上下盘组成,为测水组的砂质泥岩,泥岩相互接触。在钻探过程中,含水层性能较弱,而石磴子组地质相对一般,其地表为沟谷地形,具有良好的充水条件。断层带中的裂缝有发育迹象,具有很强的富水性及导水性,并与溪水密切相关。在煤矿矿井,直接充水因素是测水组中的含砂岩裂隙水,而间接充水则是正断层煤层水被冲断,坑道水源主要是老窖积水,其次是石英砂岩裂隙水。此外,煤层露头处老窖较密集,堆积了大量矸石,主要水源是大气降雨。在开采煤层时,还要充分考虑老窖积水情况。
三、煤矿井下工作面薄煤层现场探放水问题及解决对策
首先,工作面采空区积水区未准确预计;其次,预测在井下掘进工作面进行探放水工作时存在水,但工作面只有一台潜水泵,排水量和水泵功率与要求不符,导致积水过量。而且缺乏大功率水泵和排水设备,导致积水无法及时排出;再次,在送道过程中,排水系统建设未得到足够重视,排水管道有多处跑水,无法及时排水,进而淹没了工作面;最后,降下井下水泵电机绝缘后,缺乏备用设备,排水中断,导致排水时间延迟。
因此,在井下工作面开展探放水工作后,要做好充分准备,对一些已明确采空区域巷道,需制定探放水计划,并在规定时间内进行探放水。①根据防治结合、预测预报、有掘必探探放水原则,结合地质单位的预报及地质资料,制定探放水安全技术管理措施,确定钻孔参数时,必须确保钻孔位置位于巷道和含水层最低点,且钻孔距离应尽可能小。②应落实探放水施工前所有工作,如配件备用和钻机试运转,以确保排水时水仓、供电系统、水泵能正常运行。挖掘队组需准备打钻设备,若在积水区存在未知构造和疏放钻探,要求机电队提前将控水管、排水管、电缆等设备送至探放水巷道钻场附近,然后装设水泵、排水管路等排水系统,并试转。在巷道内连接排水管路时,要确保连接管路不漏水、不跑水,避免出现有水排不出去的情况。
四、煤矿井下工作面薄煤层的现场探放水施工工艺
1、探水施工要求
①确定探水线和积水边界。收集调查获得的溶洞和老窖分布资料,分析资料中数据,根据资料分析划定积水区域,并确定积水边界线。深度界线应根据老窖和小窖最深处情况划定,探水边界线应沿积水线向外推60~150m距离,若是上山应为顺距斜距。具体数值应根据水压和积水前线可靠性确定,并且考虑煤岩石硬度,若巷道掘进到探水边界线,应在水平位置取值。在某些特殊情况下,需根据实际情况确定最低积水标高。同时,需从探水线向外推50~150m,上山掘进是倾斜距离,即警戒线。
②排放水施工器械。探钻孔采用ZDY-340型液压式坑道钻机,钻杆直径为42mm,钻头直径一般为65mm。探水钻机安装前,应在钻孔附近安装加固支架,以检查工作面压实度。同时,在工作面迎头处打好坚固安全挡板和主柱,挖好排水沟,确保流水畅通。探水前,相关人员对巷道排水沟进行清理,一般安排1~2人清理,并在打钻点或周围安装专用电话,确保通讯及时性和准确性。在确定探水位置时,需通过防探水专业人员、测量人员、班队长等人员对现场进行检查,并确定钻孔深度、角度、数量等。
③布置探水钻孔。探水钻孔一般以扇形布置,布置8个钻孔数,孔深应超过30m,孔间平面夹角通常为10~150度,钻孔超前距离应大于15m,若岩石相对松散,不应小于20m,掘进允许距离为10m,顶距应超过10m。钻孔前,间距应控制在30m以内,以防遗漏老窖的巷道。此外,为避免地板突水,应按探水→掘进→再探水→再掘进顺序施工,这种探水钻孔方法是目前较好的探水方法之一。
④工作面支护和有害气体检查。探水前,必须加强工作面支护,探水期间,要加强通风,并检查有害气体浓度。由于探水中易通过老窖释放氢气、一氧化碳等有毒气体,因此需保持通风并实时检查有害气体浓度,若出现异常情况,应及时采取相关措施,确保气体稀释至安全浓度,然后才能进行探放水。
⑤严格控制钻孔过程质量。探水时,若钻孔水头压力增加,或出现地鼓、顶钻、钻孔内部流水,应停止打钻作业,但不得拔出钻杆,钻杆应及时固定,不得在钻机后面工作或站立。然后派人向安全生产负责人或调度室报告现场情况,并派人监督水情,若情况危急,疏散水害威胁区域内所有工作人员,然后采取相关措施处理。
2、配合掘进与探水。①上山双巷掘进需采取交叉探水,由于积水区主要在上方,积水很可能威胁到上山巷道的三面,因此要采用双上山方式掘进,一条超前泄水和探水,另一条疏散工作人员,需在两条巷道之间每隔30~50m掘一条联络巷,并设置挡水墙,防止其中一条出水叶,另一条串至其中。②双巷掘进,而单巷适合超前探水,在倾斜煤层中掘进一条平巷时,主要用于上方巷道的超前探水施工,探水钻孔设置为扇形,下方为泄水巷,双巷间隔30~50m需掘一条联络巷。
3、放水技术要求。在钻孔防水前,要根据水仓容量和矿井排水能力估计积水量,并控制放水流量。放水时应严格遵守以下措施:①检查固定工作面的具体支护情况,不仅要留取钻杆部位,还要保证工作面背顶的密实度;②根据排水能力控制放水流量;③让有经验的工作人员监测水情,测定水压和水量,并记录;④应密切检查有害气体及工作面通风情况。
总之,在煤矿生产中,常发生水害事故,易导致薄煤层工作面被淹,甚至损坏设备并停产,严重时导致矿毁人亡。原因是煤矿井下探放水未严格按相关规范进行探放水,因而,在煤矿开采中,必须严格遵循防治结合、预测预报、有掘必探等探放水原则。
参考文献:
[1]吕育强.浅谈如何做好煤矿探放水闭环式管理[J].能源与节能,2015,18(12):11-12.