CN102505963B - 回采工作面顶板水预疏放施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿地下水治理技术，具体为一种回采工作面顶板水预疏放施工方法。解决回采工作面煤层上的含水层的处理的技术问题，作面为先下山后上山回采，在工作面回采之前，在工作工作面侧的顺槽巷道对工作面顶板进行提前放水处理，在巷道的最低处施工一个钻场硐室和一个水仓，然后在巷道铺设两趟排水管路，排水系统为独立的排水系统，在钻场硐室内向工作面顶板方向施工排水钻孔，钻孔水利用软管直接导入水仓，再利用巷道排水系统排水。本发明通过采用提前疏放顶板水，有效减少了回采过程中的涌水量，摆脱了顶板水对矿井生产的困扰，解除了水患对生产的影响，为回采作业提供了安全舒适的工作环境，为回采工作面的稳产高产创造了条件。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿地下水治理技术，具体为一种回采工作面顶板水预疏放施工方法。
背景技术
煤矿开采过程中，某些区域回采工作面煤层上经常会遇到含水层，大工作面回采过程中，老顶跨落后，涌水量会达到最大，而且来势突然，使工作面正常生产造成严重威胁，给工作面排水系统形成大的冲击，特别是下山回采时，涌水易紧跟工作面，危害更严重，制约生产。另外该地质条件下，回采工作面老顶跨落后，水色呈灰白色。经分析砂岩下部有一层铝质泥岩，又称桃花泥岩，其铝质泥岩呈灰白色和灰色，松软，细腻，具滑感，以高岭石为主，含大量菱铁质鲕粒及黄铁矿团块。水质异常是因为砂岩水在间接顶板垮落过程中流经铝质岩层造成的。该水与清水相比，处理难度加大，主要体现在：用药量增多，污泥沉淀量增大；处理后的水，虽然水质清澈，但水表面漂浮有一层泡沫状杂质；斜板池药水混合区上层漂浮大量的泡沫状杂质，不易消除。
发明内容
本发明为了解决回采工作面煤层上的含水层的处理的技术问题，提供了一种回采工作面顶板水预疏放施工方法。
本发明是由以下技术方案实现的，一种回采工作面顶板水预疏放施工方法，工作面为先下山后上山回采，在工作面回采之前，在工作工作面侧的顺槽巷道对工作面顶板进行提前放水处理，巷道每掘进250-500米，在巷道的最低处施工一个钻场硐室和一个水仓，水仓处安装两台水泵，一台正常工作，一台备用；然后在巷道铺设两趟排水管路，排水系统为独立的排水系统，在钻场硐室内向工作面顶板方向施工排水钻孔，钻孔水利用软管直接导入水仓，再利用巷道排水系统排水，排水时间不低于3个月，直到单孔出水量不大于10m3/h。
钻孔向工作面侧呈扇形布置，钻孔仰角为30-60°，钻孔深度超过砂岩层20—50米。
可见本发明通过采用提前疏放顶板水，有效减少了回采过程中的涌水量，摆脱了顶板水对矿井生产的困扰，解除了水患对生产的影响，为回采作业提供了安全舒适的工作环境，为回采工作面的稳产高产创造了条件。
同时提前放水，水流洁净，无需对水体进行复杂的净化处理，能够更好的、有针对性地安排防治水费用，节省不必要的工程投入。
附图说明
图1为本发明所述方法巷道布置示意图
图2为钻场硐室钻孔布置图。
具体实施方式
我集团公司长平矿水文地质条件综合分析，欲开采三号煤层上覆编号为K8、K10砂岩含水层含水较大。在工作面初采后老顶垮落时，出水量大，来势突然，易给工作面正常生产造成严重威胁，同时给工作面排水系统形成大的冲击。
而通过地面电法勘探资料中圈定的富水异常区含水较丰富，若不提前疏放，回采时易造成局部地段涌水量突然增大，特别是在下山向上山地形回采时，危害更大。
三号煤回采工作面初采老顶跨落后，流出的水色呈灰白色。经分析K10砂岩下部有一层铝质泥岩，又称桃花泥岩，其铝质泥岩呈灰白色和灰色，松软，细腻，具滑感，以高岭石为主，含大量菱铁质鲕粒及黄铁矿团块。水质异常是因为K10砂岩水在间接下渗过程中流经铝质岩层造成的。该水与清水相比，处理难度加大，主要体现在：用药量增多，污泥沉淀量增大；处理后的水，虽然水质清澈，但水表面漂浮有一层泡沫状杂质；斜板池药水混合区上层漂浮大量的泡沫状杂质，不易消除。
为了消除这种危害，我们采取以下措施：
长平矿Ⅲ4303工作面2采用一次采全高方法回采。工作面顺槽巷情况： 4205巷3供进风、运煤、供水、排水用；4206巷1供进风、供电、供液、供水、运料、排水用。
（一）、工作面概况：
Ⅲ4303工作面2走向长599米，倾斜宽225米，整体为南高北低，东高西低，局部低洼。
Ⅲ4303工作面2开采的3＃煤层，位于顶板5下部，上距K8砂岩平均40m；距K10砂岩平均96m；层位稳定、全区可采。煤层厚4.60-6.35m，平均厚5.86m；煤层顶板岩性基本稳定。
（二）、疏放顶板水设计
1、选择Ⅲ4205巷3和Ⅲ4206巷1疏放Ⅲ4303工作面2的顶板水。Ⅲ4205巷、Ⅲ4206巷每掘进300米左右在低洼侧施工一钻场硐室4和容量为30m3水仓，进水管和排水管安设三通。30m3水仓处安设两台37KW水泵，一台工作，一台备用。
2、Ⅲ4205巷铺设两趟d100mm的管路，钻场进行疏放水；Ⅲ4206巷铺设两趟d100mm管路，钻场进行疏放水。钻孔水利用接水箱、导水管导入水仓，再利用巷道排水系统排走。
3、钻探设备
钻探设备采用ZDY—4000型钻机和相配套的钻杆钻头。设计单孔最大放水量为50m3/h，一般为20-30 m3/h，放水总量控制在100 m3/h以内。
4、钻孔设计
每个钻场4预计施工三个钻孔6，钻孔总进尺699米，设计钻孔参数及施工参数如下：
钻孔施工参数
| 钻孔编号 | 开孔高度（m） | 最大孔深(m) | 最大垂深（m） | 仰 角 | 方位角（度） |
| 1-1 | 1.5—2.5 | 233 | 150 | +40 | 270。0′0〞 |
| 1-2 | 1.5—2.5 | 233 | 150 | +40 | 225。0′0〞 |
| 1-2 | 1.5—2.5 | 233 | 150 | +40 | 315。0′0〞 |
5、钻孔结构
放水钻孔开孔要用Ф110钻头钻进2米，下入Ф108的孔口管，并用水泥固管。然后用Ф73钻头钻进到233米。单孔放水量要最大控制在50m3/h，一般为20-30 m3/h。
根据现场条件实际施工情况是：
1、Ⅲ4205巷230米处钻场硐室施工钻孔三个，钻孔参数为：1#孔方位角0°，仰角+40°，终孔进尺125.5米；2#孔方位角330°，仰角+40°，终孔进尺133.5米；3#孔方位角315°，仰角+40°，终孔进尺132米。
Ⅲ4205巷1437米处钻场硐室施工钻孔两个，钻孔参数为：1#孔方位角270°，仰角+40°，终孔进尺140米；2#孔方位角315°，仰角+40°，终孔进尺145米。
Ⅲ4206巷230米处钻场硐室施工钻孔一个，钻孔参数为：1#孔方位角330°，仰角+40°，终孔进尺235米。
Ⅲ4206巷750米处钻场硐室施工钻孔两个，钻孔参数为：1#孔方位角330°，仰角+40°，终孔进尺190米；2#孔方位角70°，仰角+40°，终孔进尺208米。
2、单孔水量变化情况
Ⅲ4205巷230米处钻孔于2008年9月施工，单孔初始水量15m3/h左右，2008年10月—2009年3月份该处平均水量10m3/h左右，2009年4月份水量逐渐减少到7m3/h左右，5--7月份水量2m3/h左右，7月底该处3个孔不再出水。该钻场总计疏放水量约6万m3。
Ⅲ4205巷1437米处1#钻孔于2009年2月6日开始放水，初始水量15m3/h左右；2#钻孔于2009年2月8日开始放水，初始水量10m3/h左右。3月份—8月份该处水量平均8m3/h左右，工作面回采前疏放水量约4万m3。
Ⅲ4206巷230米处钻孔于2008年12月25日开始放水，单孔初始水量15m3/h左右，2月份—8月份该处水量平均10m3/h左右，工作面回采前疏放水量约5.7万m3。
Ⅲ4206巷750米处1#钻孔于2009年3月18日开始放水，2#钻孔于2009年3月23日放水，单孔初始水量16m3/h左右。6--8月份平均10m3/h左右，之后该处水量逐渐稳定在7m3/h左右。工作面回采前疏放水量约4.8万m3。
4303工作面于2009年8月份试采，工作面回采前，总计疏放顶板水量约20万m3。
（四）、实际回采水量情况
长平矿井已回采过的其他工作面涌水量情况如下：
通过上表分析比较，可见通过实施疏放水疏放后，可减少工作面回采过程中的涌水量，减轻排水系统压力，提升了安全系数。
4305工作面前300米未进行顶板水疏放，最大涌水量100m3/h，给生产带来了严重的影响。300至1000米进行了顶板疏放水，共计疏放22万m3，回采时最大涌水量为40m3/h。可见通过顶板水疏放可以有效降低工作面的最大涌水量。
2、减轻了矿井水处理的压力，提高了经济效益。
（1）、用药量对比：
试验表明：同样的处理1L水样，工作面老顶垮落后水样比疏放顶板水样多用2毫升药液。
实际操作过程中，处理疏放顶板水时，每处理2500 m3井下水，需用药600Kg，每班加药两次，每次100Kg。处理老顶垮落后水时，每处理2500 m3，需用药900Kg，每班加药三次，每次100Kg。可见处理老顶垮落后水时，每天多用药300Kg，按照药品价格每吨2500元计算，每天多耗费750元，每月多消耗22500元。
（2）、矿井涌水量对比：
长平矿井水采取斜板沉淀过滤工艺进行处理，设计处理规模为330m3/h，矿井井下正常涌水量为160m3/h，通过有计划、有目的的疏放水，矿井涌水量增加到了200--230 m3/h。假如不进行疏放水，工作面老顶垮落后直接增加水量150 m3/h，矿井涌水量将达到310 m3/h，处理能力接近饱和，将对矿井水处理带来巨大的压力。
通过对比，可见对顶板水预疏放有效的减少了矿井水处理的压力，提高了经济效益。
结果分析
1、巷道排水能力决定了疏放水量多少。需加快排水速度时，可适当地多打几个眼（３～５个），把它们连到同一趟管路上。巷道加铺排水管路，安设大功率水泵，完善巷道排水系统。
2、放水时要认真观察水量变化，疏放水孔孔口阀门一般不用关闭，以防煤矸堵塞钻孔造成水沿钻场附近顶板裂隙流出或无水的假象。
3、矿井疏放水钻孔的孔口管要固定，孔口管用大链加固，防止孔口管脱落。
4、要加强钻场硐室附近的支护，注意观测顶板变化情况，保证有一个安全的操作环境。
Claims (1)
1.一种回采工作面顶板水预疏放施工方法，其特征在于：工作面为先下山后上山回采，在工作面回采之前，在工作面侧的顺槽巷道对工作面顶板进行提前放水处理，巷道每掘进250-500 米，在巷道的最低处施工一个钻场硐室和一个水仓，水仓处安装两台水泵，一台正常工作，一台备用；然后在巷道铺设两趟排水管路，排水系统为独立的排水系统，在钻场硐室内向工作面顶板方向施工排水钻孔，钻孔水利用软管直接导入水仓，再利用巷道排水系统排水，排水时间不低于3 个月，直到单孔出水量不大于10m3/h，钻孔向工作面侧呈扇形布置，钻孔仰角为30-60°，钻孔深度超过砂岩层20—50 米。
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