地测防治水.docx
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地测防治水
1.煤层底板突水的防治
矿井底板突水防治是一项系统的工程,涉及水文地质、构造地质和采掘工程等矿井地质与生产的多个方面.
1.查清地质条件.首先要查清灰岩含水层的水文地质条件,包括灰岩含水层的厚度、各层灰岩间间的水力联系、,灰岩岩溶发育状况和富水性、承压水补给条件、灰岩强径流带的分布、岩溶陷落柱、水文地质单元的边界等.
构造地质条件包括:
断层的落差、走向、力学性质和导水性,以及褶曲构造.
矿井上、下水文地质观测,建立井上、地下水动态观测网,对主要含水层(如奥灰、徐灰)进行常年水位监测,还应进监测地下水径流带、疏干边界或隔水边界、井下主要突水点等地下水位变化的关键区域.
2.堵截水源.在查清矿井底板灰岩水补给条件的情况下,如果补给区域比较集中,可以采用地面幕注浆截流水源.能爱用帷幕注浆截流的水源主要有灰岩强径流带的上游水源、地表降雨补给区水源和河床渗漏水源三类。
3.疏水降压。
疏水降压开采分为疏干和降压两种。
对于受底板灰岩承压水威胁的煤层,如果承压水水压过高,隔水层的阻隔水能力不够,则可进行疏干或降压开采。
疏干降压开采是有条件的,只有在水文地质单元较小,水源补给量较少的情况下采用疏水降压开采才能生效。
疏水降压一般与帷幕注浆结合进行。
疏水降压应着重研究预测、预防和处理岩溶塌陷危险。
4.井下防治水措施。
井下防治水措施包含内容较多,主要有加大矿井抗灾排水能力,在必要部位安设水闸门或独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵,井下探测底板灰岩富水性,断层探水,对底板灰岩含水层进行注浆改造,留设防水煤柱,巷道过断层预注浆加固等。
5.合理选择采煤方法。
首先是根据水文地质和工程地质条件,合理安排开采顺序,先开采相对安全的区域;其次是在采区内合理确定区段宽度,采煤工作面的开采宽度越窄,则底板的扰动破坏深度越小,回采相对安全;最后是合理确定工作面便界和推进方向,尽可能减轻或避免开采对断层的扰动作用。
6.注浆堵水。
矿井一旦发生突水灾害,就必须进行注浆堵水。
注浆堵水可分为堵静水和堵动水两种情况,注浆材料早期是单纯用水泥,现在已发展为双液浆加骨料。
注浆堵水的关键包括以下三方面内容:
1)准确判断突水点的位置;
2)注浆堵水部位的选择;
3)珠江钻孔的布置。
2.煤层顶板防治水
煤矿床是层状矿体,在平面上层分布面积较大,在剖面上煤层与多个充水含水层互相沉积,互相赋存。
有的煤层直接顶板就是充水含水层,有的顶板以上不远处就分布着充水含水层,有的含水层距煤层虽然较远,但采动导水裂隙或井巷掘凿必须穿过它才能到达所要开采的煤层。
充水含水层的充水能力大小直接关系到煤层开采的可能性和其经济合理性,要想减少涌水量打到家经济合理开采,则必须采取防治措施。
减少矿井补给量,对某些间接充水含水则要设法永久封闭,对于间接充水含水层的研究必须具体、详尽、确切,由于它分布在可采煤层的露头范围之内,故有利于井上、井下结合防治。
(1)对间接充分含水层,凡煤层采动导水裂隙带范围以外的,必须事前封堵。
因此,在这类工作基础上,发展并完善了立井预注浆,工作面预浆、斜井工作面预注浆等技术。
(2)对可采煤层直接顶板或导水裂隙带涉及影响到的充水含水层,必须坚决疏放。
在这类工作基础上,建立并完善一些技术,主要包括以下两方面:
①、用石门接近充水含水层,水量大者在石门内适当地点修筑安全水闸门,在留有足够岩柱的条件下,在石门内用钻孔群引放含水层的水,以孔水门控制放水量,确争查明含水层的富水性和疏干范围等,情况复杂者,采用放水试验和地下水长期动态观察等方法,查明地下水补给条件和通道。
②在地面或井下实施帷幕注浆,截堵补给水源以减少矿井涌水量。
(3)如果发现在煤田范围内存在各类勘探钻孔,就用黏土浆或水泥砂将封孔。
但由于地下水的流动可以天稀释黏土和水泥,或者由于水泥和砂子的密度不同而导致它们的漂浮性不同,在孔内水泥与砂子分离,封孔后一段砂子一段水泥,失去了封孔的作用。
或者由于套管止水失效或被腐蚀,使钻孔导通上、下充水含水层。
这些人为作用使矿井水文地质条件复杂化,使煤层顶板(当然也包括底板)充水含水层涌水量加大,从而使各类钻孔成为沟通多层充水含水层水力联系的人为导水通道,诱发矿井的突水。
为了防治这类水害事故,形成了一套完整有效的地面启封或井下封堵钻孔高压水的技术。
(4)由于煤层顶板直接充水含水层本身渗透性较差,富水性极不均匀,往往很难一次性大面积疏干,即使分散放水,其水量也十分有限。
但在某些特定条件下,其放水量也可高达10m3/min,如岩溶裂隙较为发育的灰岩或厚度较大的砂岩充水含水层,易造成冲垮工作面或淹没工作面等事故。
根据这类水患特点,摸索出了针对地质构造提前分阶段、多钻孔、长时间疏放水的防治水方法,实现了安全疏干开采。
上述四个方面说明,煤田勘探阶段获取的资料,必须要与矿井建设、生产阶段所得到的信息相结合、实现井上、井下三维立体勘探。
二、根据水害性质设计开拓方案及防水方案
(1)探水区的开拓方案;
(2)巷道布置及施工顺序;
(3)巷道断面及支护形式;
(4)排水沟设计;
(5)排水线路设计;
(6)设置临时排水设施;
(7)水闸门及水闸墙的设置;
(8)计算允许放水量;
(9)人员避灾路线及预防有害气体的措施等。
三、设计探水孔的钻探施工方案
1、每次探水孔的钻探位置
每次探水孔的位置由探水的深度、探水超前距和巷道充许掘进的距离而定。
2、探水钻孔的超前距、允许掘进距离、帮距和密度的确定
(1)超前距。
探水时从探水线开始向前方打钻探水,一次打透积水的情况较少,常是探水一掘进一探水循环进行,而探水钻孔的终孔位置应始终保持超前工作面一段的安全距离,这段距离简称超前距。
(2)允许掘进距离。
经探水后,证实无滴水穿石威胁,可以安全掘进的长度称为充许掘进距离。
(3)帮距。
为使巷道两帮与可能存在的老空积水间保持一定的安全距离,即扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离。
其值应与超前距相同,可用式7-1计算。
a=0.5AL
(7—1)
式中a—超前距,m;
A—安全系数(一般取2~5);
L—巷道的跨度(宽或高取其大者),m;
P—水头压力,MPa;
Kp—煤的抗张强度,MPa;
超前距、帮距除用上式计算外,也可参照表7—1有关经验值确定。
关于煤层的KP值,各矿区针对煤层的不同厚和硬度进行试验测定。
(4)钻孔深度(孔间距)。
允许掘进距离的终点模部面上探水钻孔之间的间距,一般不得超过3m,以防漏掉老空巷。
3、探水钻孔布置方式
(1)倾斜煤层平巷和上山巷道探水钻孔布置方式、钻孔数量和夹角大小。
(2)在高水压、水时大或煤层松软、节理发育的情况下,应采用隔离式探水,其钻孔布置。
四、探放水钻孔孔数的确定
1、单孔出水量
q=c·w
式中q—单孔出水量,m3/s;
C—流量系数,一般取0.6~0.62;
W—钻孔的断面积,m2;
第四节探放断层水
据统计,矿井突水点绝大部分出现在断裂带及其附近。
因此,当采掘工作面将要揭露或接近含水层的断裂构造是,都必须进行探水,防止发生突水事故。
一、断裂带吐水规律
断裂带既可以导水,又可以隔水。
即有的断裂带导水,有的不导水或阻隔水;同一断层的某一部位导水,而另一部位或地段却隔水,或在浅部隔水,而在深部导水;也有采矿前不导水,而采矿后导水等。
以上种种情况,主要与断裂带的力学性质、断裂部位及规模、断裂活动性及不同构造体系复合和干扰程度、断裂被充填和胶结程度、母岩性质、汇水条件、水源等有关,还与含水层富水性、水头压力及断裂面两侧煤层雨含水层的对接程度以及采矿对顶、底板岩层破坏程度等有关。
(一)断层带充水特征
从研究和掌握断层带的充水(或富水)、导水或突水的规律出发,有些学者提出的断裂构造岩带划分和将较大断裂划分为内、中、外三个带动的方法是有实用价值的。
这种分带既能指出构造的富水部位(或充水)和富水性大小,又能说明其冲水的原因和富水的条件等。
他们对断裂带的划分都是自断裂中心(即断裂的上盘与下盘的接触部位)向两侧(或两盘)划分出对称的各带,但两侧对称带的宽度、次生构造、裂隙及其充水性等并不对称。
例如,断裂内带两侧为中带,中带两侧为断裂外带,内带、中袋相当于一般所说的断裂破碎带,而外带则称为断裂影响带。
(二)含水层和煤层的对接关系
1.煤层与含水层对接接触时的导水、含水情况
(1)煤层与厚层强含水层对口(对接接触)是,断层导水、富水性很强,揭露或接近时往往形成突水事故。
(2)煤层与薄层灰岩强含水层对口时,断层带导水和富水性也很强,其中又有两种情况:
①②
2、探放水设备安装
(1)设备安装应遵守以下程序和要求:
①钻机安装前要清除浮煤、矸石,整平底板,设置地梁木,选择适当位置安防钻机。
②钻机主轴中心线对准钻孔位置,摆正钻机架,机座与地梁木之间用螺栓连接,固定于基台木上,打上立柱。
③垂向钻孔需挑顶作钻窝,安装天轮是应设置安全挡板。
④钻机立轴、天轮前缘切点与钻孔必须在一条中心线上,立轴角度必须与钻孔设计一致。
(2)井下钻场应保持整洁,钻杆用木架要垫起、排放整齐。
(3)井下钻场必须具备的安全设施条件如下:
①在上山工作面或独头巷道探水时,应有安全躲避硐室及安全撤离措施。
②井下钻场应设专用电话。
③放水前要疏通事先挖好的水沟。
④探水人员应备有自救器。
⑤工作人员进入钻场必须首先检查钻场周围的支架、顶板、工作面及两帮的安全情况是否良好,如有不安全因素,不得工作。
(4)设备拆卸与运输中必须做到以下三点:
①钻机在车盘上必须捆绑结实,不准超高或超长。
拆下的螺钉的零件,要用有盖的木箱或铁箱装好。
已于丢失的零件,由钻工自带,不得装车。
②在拆卸搬运时,设备的气孔、油眼必须堵严,各连接螺栓、螺母、轴座、销子等应装回原处。
装卸设备时,应用抓用工具,严禁用锤直接敲打。
③井下工人搬运设备时,设备要用绳子系牢,并要轻抬轻放,要有专人统一指挥,起落行动一致。
四、探水作业
(1)安设探访水钻孔口管及其固定的方法必须符合设计要求。
(2)采用胶塞或水泥止水时,应先按设计要求试压,达到预定抗水压力,并保持30min后,套管不松动,不漏水,再安装止水阀门,方可钻进。
(3)治水套管的接头必须用棉丝、铅油严加密封,防止漏水。
(4)钻进中一旦发现“见软”、“见空”、“见水”和变层,要立即停钻,丈量残尺并记录其深度。
(5)每竣工一个探访水钻孔,都必须核实该空的方位、孔斜角度,并重新丈量钻杆长度,核实钻孔实际深度。
撤钻时,应在原孔所在的帮或顶位置打上明显标记,并通知测量部门测出该标记的坐标、标高。
(6)在钻进中,若发现孔内涌水,应测定水位(压)和耗水、用水量。
(7)钻孔内水量、水压过大时,应立即停钻,但不拔出钻杆,需继续钻进时,必须采取反压和防喷措施。
(8)为防止埋钻,钻具下至距孔底1∽2m时,立即开泵送水,见反水后才能钻进。
(9)正常钻进时,应保持压力均匀,要随时观察仪表,注意钻速、液消耗量和回水颜色变化等。
若发现孔内有异状物应及时处理。
(10)每次升降钻具前,都要认真检查升降机的制动和离合装置、提引器、天平、钢丝绳等是否安全可靠,发现问题及时处理。
(11)升降钻具时,不得用手直接接触钻杆和钢丝绳。
操作升降机时,禁止强拉猛提钻具。
(12)空口人员抽、插垫叉时,禁止手扶垫叉底面或用脚勾垫叉。
(13)升降钻具时,必须使用垫叉,禁止用牙钳、链钳代替。
(14)开动升降机时,应遵守以下规定:
①用升降机拉起或放倒钻具时,钻具下面不准站人。
②开动升降机时,严禁将左右抱闸同事闸紧,并有专人负责。
③机器运转时,严禁拆卸和修理。
④松紧手动卡盘时,必须把离合器开关固紧,并有专人负责。
⑤立轴钻具提出孔口后,立即盖上孔口盖。
不准用手摸或眼看管内的岩芯。
(15)操作钻机时,应遵守以下规定:
①打开立轴箱时,横、立轴齿轮应加防护罩。
合立轴时,应待齿轮停止转动后进行。
②禁止用手和脚直接制动机械的运转部件。
③操作高压电器时,应戴绝缘手套,穿绝缘鞋,脚踏绝缘垫。
④在探访水钻机后面和前面的给进手把活动范围内,不准站人,防止高压水讲钻具顶出伤人或給进手把翻起打伤人。
⑤操作人员应穿戴整齐,扎紧袖口,防止被动部件铰着。
严禁戴手套挂皮带,皮带轮必须设有防护装置。
(16)取芯时应遵守下列规定:
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