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新景公司攻克首个隐伏充水陷落柱,导水陷落柱治理技术与实例分析

十月 21st, 2019  |  冶金类别

火线穿越7209

地测部探放水管理制度

作者单位: 四川芙蓉集团宜宾川南建设工程有限公司石屏一矿工程项目部 摘
要:岩溶陷落柱是埋藏在煤系地层下部的巨厚可溶岩体,在地下水溶蚀作用下,形成巨大的岩溶空洞。川南煤业石屏一矿运输大巷遇到导水、岩溶陷落柱,这不但影响巷道的掘进进度,而且还是特殊的导水通道,给作业人员带来生命威胁。对于这些充水因素,我们在施工时采取了一些有效的措施,本文重点介绍基建矿遇岩溶、导水陷落柱巷道掘进的一些经验与技术。
关键词:矿井突水 陷落柱 淹井 输、堵结合 引水巷 注浆 中空螺纹锚杆 探水孔
上下导坑 风镐掘进 溶水槽 引水漏斗 一、工程概况
石屏一矿是列入国家十三个煤炭大基地规划之内的古叙矿区开发的第一对大中型矿井,地处古蔺县城东直线21km,行政直属古蔺县太平镇石屏乡。该矿由中煤国际工程集团重庆设计研究院设计,由川南煤业古叙煤电公司建设,四川芙蓉集团宜宾川南建设工程有限公司施工。设计生产能力120万吨/年,综合机械化方式采煤。
矿井位于四川盆地与云贵高原的过渡地带,总体地势呈南高北低,河谷切割强烈,最低点为石亮河,标高+420m,最高点为岩垭口,标高+1160.92m,属构造剥蚀成因的中山区地形。井田东西走向长约7.8km,倾向宽约2.7km。区内含煤地层平均厚89.45m,含煤9~18层,煤层总厚11.20m,含煤系数12.8%。可采和局部可采煤层有8层,可采厚度9.61m,可采含煤系数11.0%。即C13、C14、C15、C19上、C19、C23、C24、C25煤层,其中C19、C25煤层全区可采,煤层结构简单,厚度变化较小,属较稳定~稳定煤层,根据地质报告及邻近矿井瓦斯检测资料,比拟推算出矿井相对瓦斯涌出量为20m3/t,属高瓦斯突出矿井;区内岩溶、陷落柱、裂隙发育,探明暗河有7条;井口位于井田西端,基本上是单翼施工,主平硐在二叠系上统长兴灰岩挂口,进入煤系地层龙潭组,最后进入茅口灰岩,在茅口灰岩中向东沿走向开凿+435m运输大巷,巷道全长2540米,采用直墙圆弧拱形断面,净宽4.8m,净高3.6m,横断面面积15.15㎡,坡度+4‰;+435m运输大巷主要用途:为整个矿井服务,主要担负矿井材料及设备运输、人员进出、进风及排水。
石屏一矿+435m运输大巷于2007年11月20日(里程1488m)遇岩溶、陷落柱。经勘探查明,该陷落柱体积大,柱内水流速度快,顶部又有空洞,陷落柱沿巷道走向长134米,宽120米,充填物全是泥夹石和少许煤粒,围岩极易垮落,并且有大量高压水流出,其最高涌水量达到4万m3/h,导致矿井被淹。
+435m运输大巷在陷落柱中掘进115m后,巷道迎面右方出现一个孔洞,洞内有煤粒和水流出,形成泥石流,导致已掘20米巷道被泥石流淹没,临近工作面的8榀钢支架严重变型。至2008年5月6日(里程1615m)才成功穿出,在施工过程中采取了多种行之有效的安全技术措施,对处理陷落柱、溶洞等积累了丰富的经验和治理技术,不仅可取得显著的经济效益,而且可以丰富岩溶、导水陷落柱下巷道掘进理伦和技术体系。
二、治理技术 1、引流机理。
根据现场涌水量大小,查清陷落柱基本形态,施工探水钻孔,预测水流延伸方向施工一条引水巷,小断面掘进,使陷落柱中水流集中到引水道流出,这样对泥石流有一定的抑流的作用。适用条件:突水构造基本确定,泥石流水流量大,涌出量大的情况下,采取引流方法。关键技术:首先要判断确定陷落柱的构造位置,施工直径65mm的探水钻孔(详见钻孔参数表),确定水流延伸方向,再施工放水巷。确定引流方向是引流技术的成功关键。
石屏一矿+435m运输大巷,遇
到陷落柱时,产生大量泥石流,导致20米巷道被淹没,涌水量最高达4万立方米/小时,不采取引流技术,是无法成功掘过陷落柱的,为了尽快恢复生产,制定了引流技术快速切断水源的方案。在巷道正常灰岩离陷落柱20m处施工一条绕道放水。巷道设计断面10.03平方米,能满足几万立方米的涌水流出,在绕道施工至95m时,施工探放水钻孔时,涌出大量高压水,通过放炮揭开溶洞措施后,使高压水全部释放出来,此时正巷陷落柱段涌水量陡然降低,主要出水点已无水流出。为下一步治理陷落柱创造了先决条件。
2、泥石流治理技术
治理机理。顶板垮落的泥夹石、碎石块以及冲积煤块的混合物呈液限和塑限。当含水量大于液限则呈流动形成泥石流;当含水量小于塑限时为固体。因此过陷落柱发生顶板泥石流的外部条件,就是有涌水。通过综合措施,引流、疏水使工作面无涌水流出,将泥夹石由流态变为固态,从而保证工作面泥石流被有效抑制。泥石流被有效抑制后,据钻孔资料,由于泥石流发生在陷落柱边缘附近,离灰岩较近,沿巷道轮廓线,均匀布置一圈直径为65mm的钻孔,孔内施工迈式公司特制“中空锚杆”,锚杆在基岩中施工5米,迈式锚杆施工端采取架密钢支架支撑锚杆,钢支架采用9#矿用工字钢加工耍成,支架间距控制在200mm-400mm之间,支架间用每根长500mm的30kg/m的钢轨连结并焊接牢实,钢轨按支架轮廓线均匀布置(间距300mm);支架间满铺一层¢3mm的钢板,防止顶板局部冒落。这样就保证了中空锚杆两端点受力点坚固。迈式中空锚杆施工完毕后,马上进行返流注浆,待
3-5天凝固后,进行下步工序。为减小对围岩的振动,防止顶板岩石局部垮落,经过现场总结,针对陷落柱内充填物全是泥夹石,其中黄泥成分占90%,因此采取以风镐凿岩,分上、下导坑的方式掘进。(注:以巷道起拱线为分界线,工作面分上、下部开挖;先用风镐采上部岩石,待支护完毕后,才进行工作面下部开挖;对局部大块岩石,采取刷小炮的方式爆破出来)
3、返流注浆技术
陷落柱的突水在截流基本成功后,为了加快堵水进程,在陷落柱构造不确定的情况下,对陷落柱段巷道,分段施工一组注浆孔,通过下行法加压注浆返流加固陷落柱的空隙。
石屏一矿+435m运输大巷在成功掘过陷落柱后,实施了返流注浆,陷落柱段巷道每隔5m施工一组注浆孔注浆,孔深1.5米,直径32mm,(见注浆孔布置图),共注水泥70t,注浆骨料47.25立方米,在堵水后未出现漏水现象,创造了显著的经济效益。
4、输、堵结合技术
维持导水陷落柱中原水流通道,使之按原来路程行进,在出水点爆破出一个溶水槽,然后加工一个引水漏斗,把余部的水引出地面。
石屏一矿+435m运输大巷,成功施工引水道后,由于水流与地面导通,遇到下大雨,涌水量增大,时有淹井发生,给生产带来阻力,待陷落柱成功掘过后,对涌水实施了,“输、堵”结合技术,产生了良好的效果和经济效益。对于出水点,爆破出一个高2米,宽1.5米,深1.5米的溶水槽,然后加工一个引水漏,引水漏斗尾端焊接2根直径219mm水管,使全部涌水聚集到漏斗通过219mm管子流出来,再在出水点前后15m巷道施工厚400mm的钢筋砼,封闭容水槽。由于石屏一矿在枯水季节有严重缺水现象,通过此种技术,使突水变害为利,不但解决了现场施工用水,还解决了生活用水。
5、结束语 、导水陷落柱的突水,往往造成灾难性的淹井后果,且难以有效预防。
、陷落柱突水淹井后,为了加快复矿速度,减少淹井的损失,采取以上有效技术措施,综合治理,会取得良好的效果。
、对突水的预防,采取远距离放炮,现场专人观察水情,施工探水钻孔,进行物探等措施。
(4 )、陷落柱中掘进采取少装药,浅循环掘进,防止顶板垮落。

——新景公司攻克首个隐伏充水陷落柱

一、在受水害威胁的地区,必须坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘,先治后采”的原则,采掘工作面遇到有下列情况时,必须确定探水线进行探放水:1、接近水淹或可能积水的采空区、井巷、小窑、古空区时;2、接近有可能出水的钻孔时;3、接近可能同河流等相通的断层破碎带或煤层风氧化带时;4、采掘工作面上部有采空积水,且间距小于下层煤冒落裂隙带高度或有出水危险时;5、接近或将穿过含水层、导水断层、导水陷落柱时;6、在带压区域揭露大中型断层、陷落柱、应力集中区前;7、接近其它可能的出水区域时;8、打开防水煤柱放水时;9、接近水的灌浆区时,经探水确认无危险后,方可进行采掘作业。二、在采掘工程平面图、充水性图上标明积水区范围、积水量、最低点标高等,由积水区边界外推60米作为积水警戒线,掘进工作面进入积水警戒线后,必须超前探放水,并在距积水实际边界岩巷20米煤巷30米处停止掘进,进行打钻放水,并在确认积水已被基本放完后,或涌水量得到有效控制、涌水情况清楚并采取必要措施后才继续掘进。三、井巷通过导水或可能导水断层、陷落柱时根据《煤矿防治水规定》附录三计算留设安全煤柱,进行超前探放。四、探放水钻孔的布设根据《煤矿防治水规定》来确定。五、探放水设计由地质部编制,探放水钻孔施工安全技术措施由施工单位编制,经矿总工程师组织审批,生产矿长组织施工。探放水工作必须有专门地质技术人员负责,严格按批准的探放水措施落实,否则不准施工;施工措施要包括防瓦斯或其它有害气体突然涌出的内容,最后由地测部和安监处组织验收考核。六、巷道掘进之前,必须采用钻探、物探等方法查清水文地质条件。地测部门要写出水文地质情况报告,经矿总工程师组织有关部门审查后,报公司安监部门及防治水机构会审后,方可进行掘进工作。七、工作面回采前,必须采用物探、钻探或巷探等方法查清工作面断层、陷落柱等情况。地测部门要写出专门水文地质情况报告,经矿总工程师组织有关部门审查后报公司,公司组织有关部门会审批准后方可回采。发现充水时,必须立即采取可靠的安全措施或留设防水煤柱,否则不得开采。八、对老空积水区、充水巷道、导水断层、强含水层、陷落柱、钻孔等需探放水的地区,都必须确定探水警戒线,并准确地绘制在采掘工程平面图、充水性图上,开拓掘进工程到达警戒线时,必须先探后掘,严格掌握钻孔的超前距离。钻进时发现煤岩松软、片帮、来压或钻眼中水压、水量突然增大、顶钻等异常时,必须立即停止钻进,但不得拔出钻杆。要立即向矿调度室汇报,并派人监测水情。如果发现情况危急时,必须立即撤出所有受水威胁地区的人员,然后采取措施,进行处理。

(通讯员 宋玉冬)

背景简介:2010年12月26日,新景公司7209工作面本煤层预抽孔时发生涌水现象,最大涌水量达8.5m3/h,截止无涌水后,累计涌水量为543m3。7209工作面位于新景公司3#煤芦南二区南翼中部,工作面走向长1415米,采长200米,是新景公司重点综采工作面之一。通过三维地震资料及两次坑透成果报告显示,

该工作面存在一充水隐伏陷落柱,经集团公司专家实地调研认为,该充水陷落柱极易造成突水或柱体溃泄,对7209工作面的回采会造成较大影响,形式严峻,间不容发!

备战:层层联动,精心组织,三军待命

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