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煤礦井下防治水

更新時間:2018-01-19 16:52:23點擊次數:1732次字號:T|T
一、井筒治水工作的現狀、問題與展望
做好井筒防治水工作應包含兩方面的內容。首先應做好井筒及其周圍的水文地質基礎工作,較準確地預計井筒涌水量;在此基礎上選擇經濟合理并且有效的防治水方法。
     新中國成立以來,有關地質、設計、科研和施工單位在這方面做了大量的工作,取得了不少成績,為井筒快速施工做出了貢獻。但也應該看到,仍存在不少問題,有待今后加以解決。
〔一 ) 井筒水文地質工作的現狀、問題與展望
隨著礦井開發強度加大和深度的增加,查清井筒水文地質條件及提高井筒涌水量預計精度,對井筒位置的合理選擇,井筒施工方法的確定都具有重要意義,也是加快礦井建設速度,保證工程質量和節約建設投資的一項十分重要的措施。
幾十年來,國家在這方面投人了大量的人力、物力和資金。主要表現在:國家有關部門專門制定規范,對加強水文地質工作作出了規定。如《礦山井巷工程施工及驗收規范》規定:井筒開工前,應完成檢查鉆孔,并具有完整的檢查鉆孔資料。1993年煤炭工業部制訂
了“煤礦建設井筒水文地質工作規定”,強調加強水文地質工作。各科研、設計、勘探和施工單位不斷加強做好井筒水文地質工作和預計井筒涌水方面的科學技術研究工作,并取得了一定的成效,其中比較突出的有如下三個方面。
1. 流量側井
    在井筒檢查孔作抽水試驗的同時進行流量測并。它能在孔中詳細劃分含水層(帶),較準確地測定含水層的層位、深度、厚度和預計井筒涌水量的相對大小。如在山西常村煤礦用流量測井分層抽水,分層預計井筒涌水量,認為井深300m以上較大,300m以下較小,經井筒開鑿證實是正確的。其中預側井深198-205m的涌水量為l6om'/h,由于事前做好了注漿準備,當井筒開鑿到201m時,水量達到290m'/h,只用了6小時,3噸水泥把水封住,順利通過該含水層。在常村礦的3個井筒施工中,由于查清了井筒水文地質條件,較準確地預計了井筒含水層層位和涌水量,選用直接堵漏注漿技術,在每個井筒涌水量均大于50m3/h的條件下,用一年多的時間完成了井筒掘砌。
2. 用 水 文地質分析法預枯井筒涌水量
    該方法是總結我國大量井筒治水實踐經驗的成果。用這種方法預估的13個井筒均取得了較好的結果,表明該方法具有科學性和實踐性該方法的主要特點是,總結大量已知各種水文地質條件下的實際涌水量,估計具有相似條件下未知涌水量。如山西常村煤礦,開始認為主、副、風3個井筒第一含水段井筒涌水量很小,可不注漿,但用水文地質分析法預估其涌水量大于loom'/h >應進行注漿。井筒開鑿后結果水量均在100- 150m'/h之問。
    該方法已納人1993年煤炭工業部制訂的“煤礦建設井筒水文地質工作規定”的井筒水文地質條件分類及勘探工程表中。
3. 水下彩色攝像系統與密封圈傳感器系統
    水下彩 色攝像系統與密封圈傳感器系統是1995年從澳大利亞引進的高新探測技術。經過國內2個礦并的推廣應用,均取得了很好的實際效果。
(1 ) 水 下彩色攝像系統:
    在鉆孔中進行彩色攝像,從中可直接看到與獲得孔壁上的裂隙、破碎帶、空洞帶和涌水現象。在確定含水層的水文地質特征方面,比目前國內其它方法更準確,更具科學性。
(2 )密 封 圈 與傳感器系統:
    通過單孔混合抽水和壓水,同時在1-2個觀測孔分層觀測水頭差,就能精確獲得分含水層的各種水文地質參數,分層預計井筒涌水量,獲得好的結果。這是目前國內其它方法長期以來所不能做到的,且比其它方法更準確、更科學。
    1998年7月12日,由煤炭部科教司組織全國專家對該法在北譚煤礦推廣應用結果進行評審結論是:
① 應用奧大利亞彩色攝像和分層探測求參的先進手段,在北譚副井的水文地質勘探和井筒涌水量預測工作中,取得可喜的成果。
② 水 下 彩色攝像系統在一定條件下,可通過電視清晰地看出孔壁裂隙、破碎帶的發育狀況及涌水現象。密封圈傳感器系統可分隔孔中大于lom的含水段,并可在此基礎上通過壓水和抽水試驗,求取每一含水層的滲透系數、導水系數和貯水系數這些先進的探側手段既為分層預報井筒涌水量提供了可靠的依據,也在很大程度上補充和完善了井筒水文地質研究的技術方法,與國內現行的井筒水文地質勘探方法相比有明顯的先進性。
③該技術方法手段先進,施工工期短,取得數據豐富、合理,預報層次明確、具體。在指導建井施工中,無論是減少一個層次的注漿或避免一個層次的涌水淹井都能取得明顯的經濟效益和社會效益。對北譚及其它井筒水文地質勘探都有推廣應用價值。
    我國井筒水文地質工作也存在不少問題。據1992年對全國38個礦井的96個井筒調查結果.8。%以上的井筒水文地質基礎工作做得比較差,預測并筒涌水量結果比較好的只占極少數,偏大的占少數,偏小的占大多數。誤差在幾倍甚至幾十倍。其主要原因是:不打孔,情況不清,錯下結論;條件不清,管理不嚴,沒人審查把關;勘探、抽水手段單一落后,計算水量的理論未完全解決。主要表現在:
(1 )井 筒 檢查孔工作方面:
① 不打井檢孔,利用井田資料估算井筒涌水量;
② 打一個孔,不做抽水試驗,利用井田資料評價井筒水文地質條件;
③ 兩 個 井筒只打一個孔,單孔混合一次抽水;
④ 三 個 井筒都打井檢孔,但只作一次抽水;
⑤ 鉆 孔 布置遠離井筒20m以外。
(2)水文地質參數方面:
①含水厚度劃分太粗,漏劃,井、孔、層不一致;
②滲透系數大多數是根據單孔抽水試驗資料,用裘布依公式計算得到的混合值;
③ 影響半徑均屬經驗公式求得R,與裘布依公式中的R毫無關系。
(3)涌水量計算方法方面:
從50年代至今。井筒涌水量預測一直采用裘布依公式,少數用經驗公式裘布依公式推導的假設條件是流動符合達西定律,地下水處于穩定狀態,含水層均質各向同性。具有固定邊界,外邊界周圍的水頭是給定的.抽水井為完整井,承壓含水層頂底板水平。這是理想化的條件, 自然界難以找到。
今后的水文地質工作與井筒涌水量的預報,應針對以上情況,完善提高好的方面,克服不足的方面,繼續新技術的研究,以適應礦井建設的需要。
(二)井筒治水工作現狀、問題與展望
    根據井筒通過的不同水文地質特征,表土段第四系或第三系孔隙水和基巖段的裂隙或巖溶水,應采取不同的防治水方法。
1、表土段第四系或第三系孔隙水治理方法
    表土段結構松散,含水豐富,國內外多采用凍結法鑿井,部分井筒采用鉆井法施工,大都取得了良好的效果。少數并筒采用了沉并法、帷幕法或降水疏干法,有的取得了成功,但也有許多失敗的例子。
   80年代末.兩淮、山東、徐州等礦區的一些井筒在表土段與基巖段接觸部位相繼發生井壁嚴重破壞,出現大量涌水和涌砂現象,嚴重威脅礦井的正常生產和安全。為此,本文作者發明了“含水砂層井壁后注漿工藝”,突破禁區,打破了國家有關規程規定,對壁后含水砂層(包括粉砂層)進行注漿,達到堵水加固、根治井簡破壞事故的目的。采用此方法進行了十幾個井筒的處理,達到了預期的目的,取得了很好的經濟效益和社會效益。該成果199。年取得國家科技發明專利,19兄年獲國家科技發明四等獎。該工藝的成功,突破了在表土段砂層或粉砂層中,長期以來被人們認為不能用水泥注漿的技術難題。
    為了擴大含水砂層井壁注漿工藝的應用范圍,作者又分別于1994年、1996年在立井和斜井中通過分別為sm和1om長的粉砂層中進行工作面預注漿,用水泥漿液在粉砂層中注漿獲得成功。井筒開鑿后剩余涌水量在15m“/h以下,實現了打干井的目的。同時也為井筒穿越50m左右第四系松散層在含水層數少、厚度較薄的條件下,不用凍結法,而采用水泥注漿法施工開辟了一條新路。
2.基巖段裂隙與巖溶水的治理方法
    基巖段裂隙與巖溶水的治理,通常采用地面注漿、工作面注漿與井壁注漿等方法。
    關于基巖段裂隙與巖溶水治水現狀、問題與展望,在《注漿堵水加固技術及其應用一中國注漿技術43 年論文集》(煤炭工業出版社1998年)中已作了全面詳細地論述。本文從技術進步與經濟效果角度看,代表90 年代國內先進水平的基巖段注漿技術有以下二種:
(1)應用于地面注漿的“綜合注漿法”:
    該技術是前蘇聯于1969年首先發明的專利技術,之后在一些歐洲、非洲國家相繼應用。
主要特點是:用水動力學方法(流量測井與水位恢復法)取得對注漿地層的水文地質參數;采用以粘土為主的注漿材料;注漿過程中,對注漿壓力、漿液流量和漿液比重進行連續監測,從而提高注漿的科學性和注漿效果。199。年國內有關部門在研究國外資料的基礎上,成
功開發了該項技術,并進行了廣泛地推廣應用。
(2)應用工作面與井壁注漿的“直接堵漏注漿工藝方法”。該方法于1985年獲得國家專利和國家科技發明四等獎。它的主要特點是:對裸露基巖進行直接堵漏注漿,具有工藝設備簡單、快速高效安全的特點。到目前為止,已廣泛應用于地層堵水與加固,完成數百項工程.取得了很可觀的技術經濟與杜會效益。
    注漿是隱蔽工程,目前注漿工作的主要問題是:對巖石裂隙分布、地下水在裂隙中如何運動及漿液在裂隙中如何擴散等缺少探測方法,一定程度上給注漿工作帶來盲目性,造成了很大的浪費,尤其是地面預注漿更為嚴重。
    綜上所述,采用先進可靠的治水方法是加快礦井建設速度,提高工程質量的根本保證,而認真做好水文地質工作,采用先進的探側手段又是確定治水方法的重要依據。
二、井下防治水的主要措施:
井下防治水的主要措施包括留設防水煤()柱、建筑防水閘門和防水墻、探放水、
疏放降壓開采、注漿堵水和礦井防排水系統等。
 (1)防水煤柱:為了防止地表水或地下水滲入工作地點,需要留設一定寬度和高
度的防水煤()柱,常有的防水煤()柱是井田邊界煤柱、斷層防水煤()柱、上下水
平(或相鄰采區)防水煤()柱、水淹區防水煤()柱、地表水體防水煤()柱、煤層囂
頭防水煤柱等。對于各種煤()柱的寬度和高度,《煤礦安全規程》都有明確的規定。
這些煤柱是嚴禁開采的。
(2)防水設施:防水閘門和防水墻是井下防水的主要安全設施。凡是受水患威脅
嚴重的礦井,在井下巷道布置和生產礦井開拓延伸或采區設計時,都應在適當地點
預留防水閘門、硐室和防水墻的位置,使礦井形成分翼、分水平或分采區隔離開采,
在水患發生時,使礦井能分區隔離,縮小災情影響范圍,控制水勢危害,確保礦井
安全。
(3)井下探放水:井下探放水是指當采掘工作面接近老窯、含水層、斷層、陷落
柱等有水害隱患的地點,要先探明水情,然后有計劃地將水放出來。因此,應當堅
持有疑必探、先探后掘的探放水原則,決不可疏忽大意,更不能存在僥幸心理,
執意蠻干。探水與掘進應交叉進行,探水鉆孔終孔位置應當始終超前掘進工作面一
定距離,即超前距。每次掘進長度不得超過允許的掘進距離。鉆場應加強支護,并
在工作面迎頭打好堅固的立柱和擋板;保持水溝暢通,在打鉆地點或附近安設專用
電話,并設有與受水患威脅地點相通的防水信號;打鉆中如發現有透水可能時,應
停止鉆進,但不得拔出鉆頭,并立即報告調度室,情況危急時,必須立即撤出所有
受水患威脅地區的人員,然后采取措施,進行處理。打鉆過程中,要加強通風和瓦
斯等有害氣體的檢查。嚴禁用放炮方法放水。
(4)排水系統:每個礦井都應建立完善的防排水系統,水泵的防排水能力應在20 小時內排出礦井24小時礦井的最大涌水量,排水管應與之相適應。主要水倉的有效
容量達到《煤礦安全規程》要求,水倉、沉淀池和水溝中的淤泥應及時清理,每年
雨季前必須清理一次。在礦井發生水災時,礦井主排水泵不能停,水泵司機必須堅
守崗位。
三、井下治水注意事項:
1、探水前應加固探水地點附近的巷道支架,背好頂幫,并在工作面迎頭設好堅固
的立柱和擋板,清理巷道,挖好排水溝;在打鉆地點或其附近安設專用電話,并與
受水害威脅的相鄰地點有信號聯系,一旦透水立即通知有關人員撤離危險區 2、在預計水壓較大地點探水時,必須先按好孔口管和控制閘閥。孔口管與孔壁之間,
必須灌注水泥漿固定,并進行耐壓試驗,達到能承受設計壓力后,方準繼續鉆進。
特別危險的地區,還應預先采取開掘安全躲避洞,規定撤人的避災路線等措施。 3、鉆進時,應注意鉆孔情況,如發現煤巖松軟、片幫、來壓或鉆孔中的水壓、水量
突然增大,以及有頂鉆等異狀時,必須停止鉆進,進行檢查,監視水情,并報告礦調
度室。嚴禁移動或拔出鉆桿。如果發現情況危急時,必須立即撤出所有受水威脅地區
的人員,然后采取措施,進行處理。 4、鉆孔接近老空,預計可能有瓦斯或其它有害氣體涌出時,必須有瓦斯檢查員礦
山救護隊員在現場值班,檢查空氣成分。如果瓦斯或其它有害氣體超過允許濃度時,
必須立即停止打鉆,切斷電源,撤出人員,并報告礦調度室,采取措施,進行處理。
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