對(duì)裴溝煤礦采動(dòng)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害鏈的研究

1、對(duì)裴溝煤礦采動(dòng)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害鏈的研究    摘要:以鄭州礦區(qū)裴溝煤礦為例,論述了由采動(dòng)破壞而誘發(fā)的礦井突水、火、瓦斯、頂板管理等一系列礦井地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型,研究了采動(dòng)破壞引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害鏈的治理技術(shù)。 采煤工作面采動(dòng)后產(chǎn)生的底板擾動(dòng)帶,改變了巖體的結(jié)構(gòu),增加了貯水空間和地下水運(yùn)移通道,從而增大了巖體的滲透性,導(dǎo)致地質(zhì)、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化,使礦區(qū)地下水系統(tǒng)變成了礦井地下水系統(tǒng)。采動(dòng)裂隙誘發(fā)喀斯特水害,而工作面停止采煤,有可能引起工作面著火,瓦斯量增大,礦壓增大導(dǎo)致頂板管理困難的地質(zhì)災(zāi)害鏈,以下分別討論其類(lèi)型及防治技術(shù)。 1喀斯特水害 1.

2、1水文地質(zhì)特征 鄭州礦區(qū)裴溝井田屬于華北型地層,區(qū)內(nèi)地層出露不全,多被黃土覆蓋,僅在河流兩側(cè)和深溝中見(jiàn)有零星露頭。本區(qū)位于區(qū)域地下水徑流區(qū),接受來(lái)自西、北部的補(bǔ)給。目前開(kāi)采煤層為二1煤,厚度0.8123.39 m,其充水含水層主要為二1煤底板L7-8,L1-3,O2灰?guī)r含水層,其中L7-8灰?guī)r含水層為礦井直接充水含水層,L1-3,O2灰?guī)r含水層為礦井間接充水含水層。O2灰?guī)r含水層厚80.47 m,上距二1煤70 m左右,水位標(biāo)高+129.76+93.55 m,喀斯特裂隙發(fā)育,含水豐富,連通性較好,該含水層與下伏寒武系灰?guī)r為連續(xù)沉積。目前O2灰?guī)r水位+109 m,由于O2灰?guī)r富水性強(qiáng),

3、動(dòng)水量大,可通過(guò)斷裂構(gòu)造補(bǔ)給上覆含水層,對(duì)礦井的安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。 1.2突水概況 2005年8月4日,工作面推進(jìn)到660 m,采切巷2224,18,1015及5架底板出水,且出水點(diǎn)位置不固定,當(dāng)班水量增大到150200 m3/h;8月6日0點(diǎn)班,采切巷內(nèi)水量減小到60 m3/h以下,但流水主要集中到工作面下尾巷,工作面總水量最后穩(wěn)定在1 500 m3/h左右。由于水量大、流速快,32051下副巷水溝、沉淀池、沉淀煤水倉(cāng)及-300 m大巷水溝、臨時(shí)水倉(cāng)淤積嚴(yán)重,32051工作面被迫停產(chǎn)。 根據(jù)對(duì)32051工作面直流電法物探報(bào)告、突水量、突水點(diǎn)水質(zhì)化驗(yàn)報(bào)告、地質(zhì)

4、編錄資料及水文長(zhǎng)觀(guān)孔(O2)水位觀(guān)測(cè)資料分析,32051工作面底板出水水源以O(shè)2灰?guī)r水為主。32051工作面O2灰?guī)r水壓達(dá)3.54.0 MPa,該工作面此前多次出水,但突水量較小。此次突水量較大,主要原因是帶壓開(kāi)采,隔水層薄抵擋不了高水壓加之?dāng)鄬恿严秾?dǎo)水通道造成的。 1.3堵水情況 32051工作面堵水采用地面造漿,井下打鉆注漿技術(shù)。該工程于2005年9月12日開(kāi)始施工,共施工34個(gè)鉆孔,總打鉆進(jìn)尺4 417. 9 m,共注水泥11 715.8 t(粗略估算跑漿量在5 000 t),黃土3 440 m3,其它注鋸沫8.5 t,粉煤灰4.5 t,海帶0.4 t,黃豆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的鉆孔有1-3,1-6,2-3,3-7,3-9,改2-3,減水作用明顯的鉆孔有1-6,3-9,4-2。工作面總涌水量由1 500 m3/h減小到700 m3/h,其中采切巷附近出水量約450 m3/h,采空區(qū)內(nèi)遠(yuǎn)處原出水點(diǎn)出水量約250 m3/h。突水點(diǎn)附近O2水壓由注漿堵水前的不足1 MPa上升到近4.0MPa。 1.4恢復(fù)生產(chǎn) 突水點(diǎn)以下在液壓支架底座和前部輸送機(jī)之間時(shí),使用裝煤編織袋壓茬鋪底,兩邊高中間低,避免水亂流。煤墻側(cè)出水時(shí),在機(jī)頭處設(shè)攔水堰,使用一趟273 mm管裝水,水管架在轉(zhuǎn)載機(jī)上,

6、將水導(dǎo)入下幫水溝內(nèi)。采空區(qū)及下尾巷出水時(shí),在端頭支架及尾巷垛裝煤編織袋,將水裝入273 mm排水管內(nèi),并引入下副巷水溝內(nèi),嚴(yán)禁水流進(jìn)入轉(zhuǎn)載機(jī)內(nèi)。轉(zhuǎn)載機(jī)下幫必須使用裝煤編織袋砌筑攔水堰,高度不低于1 m,鋪平垛實(shí),保證不垮落。下副巷擴(kuò)順山棚時(shí),要保護(hù)好下幫水溝和排水管,防止煤掉入水溝內(nèi)或砸壞水管。2防滅火32051綜放面煤層自然發(fā)火傾向等級(jí)為不易自燃,最短發(fā)火期為65 d。2005年8月4日工作面發(fā)生惡性突水,無(wú)法向前推進(jìn),預(yù)計(jì)堵水需6個(gè)月左右。雖然在堵水初期對(duì)該工作面采取了一些防自燃的措施,但是在后來(lái)的施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)工作面中部支架附近溫度升高,同時(shí)CO等氣體出現(xiàn)超標(biāo)。為了不影響注漿堵水作業(yè),在

7、無(wú)法采取其它措施的情況下,選用了注氮防滅火方法。 2.1注氮設(shè)備和工藝選擇 注氮設(shè)備選用DM-600型膜分離制氮機(jī),該設(shè)備具有井下移動(dòng)靈活,運(yùn)行可靠,操作方便,節(jié)省成本等特點(diǎn),制氮效果好,氮?dú)鉂舛瓤蛇_(dá)97%以上。注氮方式有連續(xù)式與間歇式。根據(jù)32051工作面的現(xiàn)狀,漏風(fēng)滲透范圍小,滲氣性差,氮?dú)庠诓煽諈^(qū)中滯留的時(shí)間較長(zhǎng),因此采用間歇式注氮。 2.3注氮量和注氮時(shí)間的選取 工作面采用間歇注氮時(shí),每次注氮必須將采空區(qū)的氧化帶的氧氣含量降到7%以下,才能起到防滅火的作用。注氮量用下面公式計(jì)算: Q=RWLHK 式中Q注氮總量,m3; K煤的松散系數(shù),取0.5; H氧氣釋放口距采面的最大距離,20 m; L惰化帶寬度(采放高度),取其厚的平均值,9.5 m; W惰化帶長(zhǎng)度(工作面斜長(zhǎng)),157 m; R注氮系數(shù),可取3。 計(jì)算得:Q=44 745 m3。 注氮機(jī)流量為600 m3/h,首次注氮應(yīng)不少于75 h,此后注氮時(shí)間由采空區(qū)的氧濃度高低而定。 2.4效果檢驗(yàn) 利用工作面的注氮管(觀(guān)察管)來(lái)檢驗(yàn)注氮效果。經(jīng)檢驗(yàn)