特厚煤层综放工作面掘进期间老空水防除技术

特厚煤层综放工作面掘进期间老空水防除技术

1主采煤层采深度采储量河南神火集团泉店煤矿位于河南省禹州市和徐昌县之间，东距徐昌16公里，西距禹州市21公里。井田面积约16.6km2,开采深度-200m至-1100m。矿井工业资源储量14435.4万t,可采储量8106.89万t。矿井主采煤层为二叠系下统山西组下部二1煤,煤层厚度1.18～10.38m,平均厚度5.88m,煤层倾角19°～35°,平均倾角约28°。矿井采用立井单水平上下山开拓,中央并列式通风,走向长壁后退式采煤工艺,设计生产能力为1.2Mt/a,服务年限为48.3年。2工作面形成泉店煤矿12采区左翼规划布置3个工作面,由下往上依次为二1-12050工作面、二1-12030工作面和二1-12010工作面。二1-12050工作面和二1-12010工作面已回采结束,形成了二1-12030孤岛工作面。为最大限度回收资源,设计该工作面时留设了4m的小煤柱,根据煤层倾角分析,下顺槽掘进时不会受到水害威胁,但上顺槽与上部二1-12010工作面采空区隔离煤柱仅4m,掘进期间将受到二1-12010工作面老空积水的严重威胁。3由于广阔区域内的水位预测和三个富有区的指示采空区主要水源为二1-12010工作面采空区顶、底板砂岩水。3.1地下水保水开采实践(1)未能实测积水上限时。二1-12010工作面于2010年5月回采结束,回采期间正常涌水量为1m3/h,采空区里低外高,积水最低点高程为361.3m,位于切眼的开口位置向东15m,根据该区水文地质条件,按封闭采区后每小时充水1m3计算,截至2010年12月,预计采空区积水约4320m3。(2)实测积水上限后。根据预计采空区积水量和积水边界,在探放水施工第一阶段施工钻孔,采用水准管引流的方法确定实际积水标高,实测老空区积水最高标高为-353.997m,采空区里低外高,积水最低点高程为-361.3m。根据采空区积水标高,绘制采空区积水等水位线,计算出积水区面积为1815m2(F),工作面平均采高5.5m(M),煤层倾角28°(α),采空区积水量按V=KMF/cosα计算,充水系数取0.4,经计算得采空区积水量为4522m3。3.2顺槽导线下顺槽段根据巷道采掘工程平面图及巷道标高,二1-12010下顺槽里低外高,最高点积水位置定为B点,画出积水线AB,AB线以下为积水区,A与C点距离15.32m,B与C点距离233.34m,A点标高和B点标高相同,为-351.07m,画出积水等值线图。下顺槽最高点高程为-351.07m,最大高差为8m,水压0.08MPa,采区封闭后密闭留有泄水孔且无水流出,泄水孔往里最高点高程为-350.25m。根据对采掘工程造成的老空、老窑、硐室等积水区,积水边界准确,水文地质条件清楚,水压不超过0.1MPa时,探水线至积水边界距离煤层中不得小于30m,由积水边界向外推35m为探水线,根据积水边界向外推50～150m为警戒线取距离为50m。即二1-12030上顺槽导线拐点前平距13.4m和28.4m处分别为警戒线和探水线,巷道掘至探水线时必须进行超前探测再施工。采空区积水量预测及三线确定如图1所示。4勘探水孔设计4.1单孔涌多孔多孔涌流量q根据钻孔的布置方式,每次放水后采空区水位位于最小角度钻孔终孔标高位置,由巷道剖面图可知二1-12010下顺槽底板距水位的平均距离为10m左右,根据能量守恒定律(m为质量,ρ为水的密度,v为流速,h为高度)及涌出量Q=πr2v(Q为涌出量,r为钻头半径)可算出单孔涌出量Q约为100m3/h。根据单孔涌水量和排水高差,施工现场保证正常排水能力不低于100m3/h,扬程不低于20m,最大排水能力不低于200m3/h,排水系统做到双泵、双电源、同能力、热备用。4.2钻孔设计及施工(1)钻孔布置。为了有效合理的探放采空区积水,保证采空区积水完全疏干,采用分段探放水、分段掘进的渐进式边掘边放的探放水方法,使用ZY-750探水钻机φ50mm钻头,φ42mm钻杆在巷道右帮施工探水钻孔。坚持有掘必探,累计分5个阶段对二1-12010工作面老空水进行探放。每阶段设计6个钻孔,其中1#～3#为积水检查孔,长度分别为15、30、45m,从探水起点依次向未掘进区域老空区进行渐进排查,用于检查上一阶段放水效果,同时对巷道低洼处可能残存积水进行排查疏放,保证放水不留盲区。4#～6#孔为长探钻孔,终孔在巷道前进方向上的投影长度为70m,每个钻孔的终孔水平平距以3m为准,在垂直方向上间距为1.5m,由上到下对老空区进行疏放,保证水位降至设计标高,见图2。探水结束后,按照“探70m,掘40m,超前距30m”的有掘必探原则,允许掘进距离为40m,超前距为30m,掘进至超前距位置时,按照循环工序进行施工,每次施工至超前距离后,根据场实际情况重新修正钻孔设计参数。(2)效果检验。在巷道右帮垂直巷帮向老空区3处低洼点各施工2个泄水孔,孔深分别为9.5m和12m,倾角分别为40°和60°,保证终孔垂直方向上间距为1.5m,用于检验各阶段探放水效果和观测后探放水时期采空区内充水情况及积水的排泄。5探放成果的总结(1)通过5阶段成功实施采空区老空水的探放,累计放水2761m3,积水标高由-353.997m降至-361.3m,基本将采空区积水疏干,同时在阶段探放水工程结束后,又在二1-12030上顺槽对应老空区的3处低洼点施工了泄水孔,定期进行检查疏通,保证后探放水时期老空水的及时排出。本次探放水的成功实施,解除了二1-12010工作面老空水对二1-12030上顺槽掘进及回采期间的水害威胁,实现了上顺槽的安全掘进,目前二1-12030工作面即将回采结束,没有发生水害。(2)老空充水系数是预计老空静水量的主要参数,本次探放水的成功施工,推算出了本矿二1煤工作面老空区经验充水系数,为以后矿井其它老空水探放前预测积水量和确定“三线”提供根据,提高以后探放老空水的效率。老空区积水计算公式为:式中:K——采空区冲水系数;V——老空区疏放水量;本次探放老空水,共疏放水量2761m3,采空区积水区面积为1815m2(F),工作面平均采高5.5m(M),煤层