多煤层开采综采工作面顶板疏放水优化设计与应用.pdf
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1、2023 年 10 月Oct.,2023doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2023.05.029多煤层开采综采工作面顶板疏放水优化设计与应用(河南能源化工集团贵州豫能投资有限公司安顺煤矿,贵州 安顺 561000)摘要 通过对多煤层开采上部岩层富水性造成的水害安全影响进行系统性评估,分析了安顺煤矿8301工作面在回采期间可能存在顶板突水、溃水导致淹面的风险,进而提出采取施工小断面泄水巷、打设顶底板疏放水钻孔、探放老空水钻孔、切顶钻孔爆破裂隙、施工大容积水仓等综合措施,提高了8301工作面的抗灾减灾能力,确保了采煤工作面的顺利安全回采。关键词 多煤层;综采工作面;探放水;
2、优化设计中图分类号 TD822文献标识码 B文章编号 1672蛳9943(2023)05蛳0090蛳030引言对于高瓦斯突出矿井而言,在开采多煤层综采工作面之前,要开展深入的讨论以确定综合设计方案。这不仅要考虑区域防突措施的需要、论证开采上下保护层的顺序问题,还要考虑到开采保护层之后煤层顶板的垮落与支护技术问题,为下一步回采另一层煤提供顶板支撑。此外,当矿井煤层顶板存在含水层,或者与含水层存在水力补给联系时,更需要将顶板疏放水纳入首要考虑因素,否则在后期掘进和回采期间,很可能因为顶板裂隙导通,造成工作面大面积溃水溃沙和突水事故的发生,增大水害安全风险咱1暂。因此,如何有效地探查并疏放顶板含水层
3、的积水,对于维护矿井安全生产具有十分重要的意义。1工作面概况安顺煤矿可采煤层主要划分为 0#煤层、8#煤层和 9#煤层等 3 层。8301 工作面位于矿井三采区北翼,是矿井首个开采 8#煤层的综采工作面。其下方岩层垂距 15.6 m 为新 9101 工作面采空区,与之相邻的还有沿走向布置的新 9100 工作面采空区,以及沿倾向布置的待开采接替工作面 9307 工作面。为了确保采掘期间的安全施工,同一煤层采面之间要留设有 5 m 左右的防隔水煤柱。8301 回风巷与新9101 回风巷之间内错平距为 32 m;8301 工作面沿走向布置,进风巷与回风巷高差近 10 m,有利于采空区积水向回风巷自由
4、流动;两巷煤层赋存稳定,煤厚为 1.21.7 m,平均煤厚 1.42 m;本巷道内不存在较大起伏,顶板相对平整,底板高差为 1.42.6 m,仅局部低洼容易积水。8#煤层直接顶为灰岩,灰色致密状,厚度 2.24 m;老顶为细粒砂岩,厚度 8.95 m。巷道位置关系如图 1 所示。图 1巷道位置关系2顶板含水层分析与物探评价2.1含水层分析8301 工作面上覆岩层主要含水层有第四系(Q)孔隙含水层、三叠系下统永宁镇组下段及飞仙关组上段(T1yn1+T1f2)岩溶裂隙含水层、二叠系上统长兴组(P2C)岩溶裂隙含水层、二叠系上统龙潭组(P2L)层状裂隙含水层等,其中二叠系上统龙潭组含水层又划分为一至
5、五段裂隙含水层。各分段含水层流量与补给强度关系如表 1 所示。表 1各分段含水层流量与补给强度关系含水系简称主要岩性补给流量(L/s)富水强度Q砂质泥岩0.685弱T1yn1+T1f2中厚层灰岩19.109强P2C燧石灰岩22.385强P2L钙质细砂、粉砂岩7.976较强新 9100 工作面新 9101 回风巷回风联络巷9307 工作面新 9101 工作面8301 工作面8301 回风巷新 9101 进风巷回采方向北8301 进风巷排水排水能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 5 期Vol.48 No.590202
6、3 年 10 月Oct.,2023周丹辉,等多煤层开采综采工作面顶板疏放水优化设计与应用2.2断层发育情况8301 工作面在掘进期间共揭露 2 条断层,根据断层产状及发育位置分析,均为相邻 9100 工作面和 9101 工作面断裂延伸影响断层,在掘进回采过程中可能存在与含水层的裂隙导通联系。断层产状描述如表 2 所示。表 28301 工作面断层产状2.3采空区物探评价由于 9307 工作面切眼在 8301 工作面回采前已掘进施工到位,利用上下层位的区段优势,可以在 9307 工作面切眼和回风巷内分别向新 9100 工作面和新 9101 工作面采空区实施瞬变电磁物探。经过探查分析,只有新 910
7、1 工作面存在部分低阻异常积水区,而新 9100 工作面由于布置方式和煤层倾角的优势不存在积水区。此外,在 8301 工作面进回风巷和切眼内,也分别按照 15 m 间距,以45毅、30毅和 0毅等 5 个不同角度方向实施物探咱圆暂。物探分析表明,下部向采空区的探查结果与 9307 工作面探查结果基本一致,而向上部顶板探查发现低阻异常区段存在于顶板上方 613 m。这一规律与巷道掘进期间施工 8 m 长锚索及顶板破碎地带经常出现淋水情况基本吻合。3顶板疏放水综合设计3.1小断面掘进泄水巷由于 8301 工作面为 8#煤层的首采面,周边均为实体煤结构,受到自身巷道空间限制,一旦初采初放和回采期间发
8、生突水、溃水事故时,极有可能在短时间内淹没工作面,造成人员的伤亡。为了最大限度地确保人员安全,为紧急避险逃生争取更多救援时间,考虑到 9307 工作面回风巷与 8301 回风巷从空间层位距离最近,且下部相邻的新 9101 工作面已采闭多年、顶板垮落塌实,瓦斯抽采流量和浓度几乎为零,在经过综合安全评估后,设计施工断面为 3 m2 m 的回风联络巷作为泄水巷。即从9307 回风巷正头钻场向 8301 回风巷上山掘进,将 2 条回风巷道贯通,巷道形成后铺设预埋 3 趟准203.2 mm 管路,并将 2 个回风巷口使用煤袋充填垛实,只留设管道作为应急排水通道。巷道用煤袋接顶,避免串联通风和漏风,影响通
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