对裴沟煤矿采动诱发地质灾害链的研究

1、对裴沟煤矿采动诱发地质灾害链的研究    摘要:以郑州矿区裴沟煤矿为例,论述了由采动破坏而诱发的矿井突水、火、瓦斯、顶板管理等一系列矿井地质灾害类型,研究了采动破坏引发地质灾害链的治理技术。 采煤工作面采动后产生的底板扰动带,改变了岩体的结构,增加了贮水空间和地下水运移通道,从而增大了岩体的渗透性,导致地质、水文地质结构变化,使矿区地下水系统变成了矿井地下水系统。采动裂隙诱发喀斯特水害,而工作面停止采煤,有可能引起工作面着火,瓦斯量增大,矿压增大导致顶板管理困难的地质灾害链,以下分别讨论其类型及防治技术。 1喀斯特水害 1.

2、1水文地质特征 郑州矿区裴沟井田属于华北型地层,区内地层出露不全,多被黄土覆盖,仅在河流两侧和深沟中见有零星露头。本区位于区域地下水径流区,接受来自西、北部的补给。目前开采煤层为二1煤,厚度0.8123.39 m,其充水含水层主要为二1煤底板L7-8,L1-3,O2灰岩含水层,其中L7-8灰岩含水层为矿井直接充水含水层,L1-3,O2灰岩含水层为矿井间接充水含水层。O2灰岩含水层厚80.47 m,上距二1煤70 m左右,水位标高+129.76+93.55 m,喀斯特裂隙发育,含水丰富,连通性较好,该含水层与下伏寒武系灰岩为连续沉积。目前O2灰岩水位+109 m,由于O2灰岩富水性强,

3、动水量大,可通过断裂构造补给上覆含水层,对矿井的安全生产构成严重威胁。 1.2突水概况 2005年8月4日,工作面推进到660 m,采切巷2224,18,1015及5架底板出水,且出水点位置不固定,当班水量增大到150200 m3/h;8月6日0点班,采切巷内水量减小到60 m3/h以下,但流水主要集中到工作面下尾巷,工作面总水量最后稳定在1 500 m3/h左右。由于水量大、流速快,32051下副巷水沟、沉淀池、沉淀煤水仓及-300 m大巷水沟、临时水仓淤积严重,32051工作面被迫停产。 根据对32051工作面直流电法物探报告、突水量、突水点水质化验报告、地质

4、编录资料及水文长观孔(O2)水位观测资料分析,32051工作面底板出水水源以O2灰岩水为主。32051工作面O2灰岩水压达3.54.0 MPa,该工作面此前多次出水,但突水量较小。此次突水量较大,主要原因是带压开采,隔水层薄抵挡不了高水压加之断层裂隙导水通道造成的。 1.3堵水情况 32051工作面堵水采用地面造浆,井下打钻注浆技术。该工程于2005年9月12日开始施工,共施工34个钻孔,总打钻进尺4 417. 9 m,共注水泥11 715.8 t(粗略估算跑浆量在5 000 t),黄土3 440 m3,其它注锯沫8.5 t,粉煤灰4.5 t,海带0.4 t,黄豆0.5 t

5、,刨花0.15 t,水玻璃40 t(1-3孔)。突水量大于100 m3/h的钻孔有1-3,1-6,2-3,3-7,3-9,改2-3,减水作用明显的钻孔有1-6,3-9,4-2。工作面总涌水量由1 500 m3/h减小到700 m3/h,其中采切巷附近出水量约450 m3/h,采空区内远处原出水点出水量约250 m3/h。突水点附近O2水压由注浆堵水前的不足1 MPa上升到近4.0MPa。 1.4恢复生产 突水点以下在液压支架底座和前部输送机之间时,使用装煤编织袋压茬铺底,两边高中间低,避免水乱流。煤墙侧出水时,在机头处设拦水堰,使用一趟273 mm管装水,水管架在转载机上,

6、将水导入下帮水沟内。采空区及下尾巷出水时,在端头支架及尾巷垛装煤编织袋,将水装入273 mm排水管内,并引入下副巷水沟内,严禁水流进入转载机内。转载机下帮必须使用装煤编织袋砌筑拦水堰,高度不低于1 m,铺平垛实,保证不垮落。下副巷扩顺山棚时,要保护好下帮水沟和排水管,防止煤掉入水沟内或砸坏水管。2防灭火32051综放面煤层自然发火倾向等级为不易自燃,最短发火期为65 d。2005年8月4日工作面发生恶性突水,无法向前推进,预计堵水需6个月左右。虽然在堵水初期对该工作面采取了一些防自燃的措施,但是在后来的施工过程中发现工作面中部支架附近温度升高,同时CO等气体出现超标。为了不影响注浆堵水作业,在

7、无法采取其它措施的情况下,选用了注氮防灭火方法。 2.1注氮设备和工艺选择 注氮设备选用DM-600型膜分离制氮机,该设备具有井下移动灵活,运行可靠,操作方便,节省成本等特点,制氮效果好,氮气浓度可达97%以上。注氮方式有连续式与间歇式。根据32051工作面的现状,漏风渗透范围小,渗气性差,氮气在采空区中滞留的时间较长,因此采用间歇式注氮。 2.3注氮量和注氮时间的选取 工作面采用间歇注氮时,每次注氮必须将采空区的氧化带的氧气含量降到7%以下,才能起到防灭火的作用。注氮量用下面公式计算: Q=RWLHK 式中Q注氮总量,m3; K煤的松散系数,取0.5; H氧气释放口距采面的最大距离,20 m; L惰化带宽度(采放高度),取其厚的平均值,9.5 m; W惰化带长度(工作面斜长),157 m; R注氮系数,可取3。 计算得:Q=44 745 m3。 注氮机流量为600 m3/h,首次注氮应不少于75 h,此后注氮时间由采空区的氧浓度高低而定。 2.4效果检验 利用工作面的注氮管(观察管)来检验注氮效果。经检验