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中煤科工董书宁团队提出动水大通道突水灾害治理关键技术

2018-05-14   来源:煤炭科学技术   作者:杨志斌 董书宁

  矿井水害防治难点


  矿井水害是矿山建设与生产过程中的五大安全灾害之一,尤其是矿井突水常造成巨大的人员伤亡和财产损失。


  突水灾害治理工程常在矿井淹没的条件下分期进行,一期是先封堵过水巷道,变动水为静水,二期再对突水通道进行治理,彻底根除水患。


  一期封堵过水巷道常有两种方法,一是先期投放骨料及辅料充填过水巷道,将巷道内地下水流态由管道流变为渗透流,随后进行注浆固结治理;二是先期定点投放在钻孔控制注浆钻具中充填了可快速凝胶浆液的保浆袋囊,快速缩小巷道过水断面,随后进行注浆固结治理。


  一期封堵过水巷道两种方法的注浆钻孔常采用直孔,斜孔较为少见,特别是后一种钻孔控制注浆技术目前还未在斜孔中应用过。


  工程背景


  潘二煤矿1989年建成投产,核定生产能力380 Mt/a,采用立井分区多水平开拓,划分-530 m和-700 m两个水平,目前集中在-530 m水平生产。


  井田可采煤层10层,主采8、7-1、4-1、3、1煤层。矿井在-530 m水平设有中央排水系统和应急排水系统,额定排水能力分别为2 100 m3/h和550 m3/h,矿井总额定排水能力为2 650 m3/h。


  2017年5月25日,12123上下底抽巷间联络巷(“12123联络巷”)掘进至109 m时,发生隐伏陷落柱特大突水,突水量最大峰值达14 000 m3/h,虽经全力组织抢险救灾,但因突水量远超矿井总额定排水能力,致使矿井-490 m标高以下迅速被淹。


  为了降低经济损失,确保-485 m标高以上井巷工程不被水淹,矿方需不间断地持续排水,确保矿井水淹区域水位在-485 m以下,而突水点附近过水巷道底板标高为-480—-470 m,过水巷道完全裸露在矿井控制的水淹区域以上,注浆堵水只能在动水条件下进行,动水量在1 000 m3/h,如此的动水裸露大过水通道对最终的巷道截流接顶难度极大。


  董书宁团队提出的治理方案


  关键技术一:在分析矿井突水水文地质条件的基础上,针对动水裸露大过水通道截流接顶难度极大的技术难点,提出了截流和堵源同时进行的治水方案,并给出了“堵水段长”预计和“堵源”层位选择原则。


  关键技术二:针对截流巷道跨度小和堵源层位薄地面钻孔难以准确击中靶点的技术难点,提出了先进的地面测量定位技术和石油勘探系统定向分支钻探技术,采用先进的螺杆钻具定向和MWD无线随钻测斜纠偏钻探工艺,确保钻进方向始终处于受控状态,施工的4个定向主孔和5个定向分支孔全部按照设计参数施工。


  关键技术三:在分析水力射流法灌注骨料进入钻孔前后动力源的基础上,针对射流流量和漏斗上下口径及高度不宜所带来的工程危害难题,研发了适宜的水力射流骨料灌注关键技术。


  关键技术四:根据注浆封堵体的空间特征和工程地质条件,确立了分序分段高压注浆工艺,划分了充填注浆、升压注浆、加固注浆3个注浆阶段,并给出了高压注浆结束标准。


  关键技术五:根据钻井液漏失量、岩屑录井、钻时录井、压水试验及注浆量等指标特征,结合淮南矿区陷落柱发育基本条件,推测潘二煤矿12123联络巷底板奥灰突水通道形态为非典型的隐伏陷落柱+裂隙带复合结构,突水机理为奥灰岩溶水在水压作用下穿过陷落柱及其裂隙带上升至裂隙带顶界突破岩层阻隔涌入巷道。


  突水治理效果


  对突水灾害治理工程的效果进行科学地分析是确保工程质量的关键,是矿井在突水周边区域恢复生产的依据。


  目前检查注浆堵水效果的技术方法主要有物探、钻探、放水试验、注浆特征分析、残余涌水量及突水含水层水位恢复情况分析等方法。


  因现场施工条件所限,研究人员采取的分析方法有钻探、注浆特征分析、残余涌水量及奥灰水位恢复情况分析。


  注浆堵水结果表明:突水点残余涌水量为0,奥灰水位恢复良好,堵水率100%;堵源分支钻孔单位吸水率均小于0.1 Lu,堵源效果良好,彻底切断了奥灰水与突水点之间的水力联系。


  研究得到了国家重点研发计划的资金支持,以《动水大通道突水灾害治理关键技术》为题发表于《煤炭科学技术》2018年第4期,论文第一作者为研究团队的杨志斌助理研究员。


  责任编辑:宫在芹

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