季节性水体下急倾斜煤层的开采和治理.docVIP

季节性水体下急倾斜煤层的开采与治理　　南阳矿业公司前进矿是湖南煤业集团公司骨干井，矿井核定能力为26万t/a，但其在湘南地区属水患最为严重的矿井之一，雨季期间大量地表水渗入井下严重制约着安全生产。2008年来，南阳矿业公司对前进矿神仙洞区域采取了“移山填洼、管路泄洪、注浆护沟、开采不断、治理不停”的措施，取得了显著成效，同时也为季节性水体下煤层开采与治理积累了一定实践经验。 ? 神仙洞概况 　　神仙洞位于前进矿矿井北翼，地势低洼，三面环山，西面开口，汇水面积约10.1km2，最大汇水量达9 432m3/h，该区域曾因小煤矿的掠夺式开采，形成了直径达200m的塌陷盆地，雨季时该塌陷盆地最大积水量约9.5万m3。1992年、1997年和2006年曾因持续强降雨，地表汇水积聚于该塌陷盆地不能及时疏走，导致地表水通过小煤矿塌陷、裂隙、废巷和采空区倒灌前进煤矿井下，造成了前进煤矿井下工作面突水乃至淹井事故。 　　神仙洞区域下部是146采区南段，煤层赋存条件好，煤层倾角68°75°，平均倾角72°，煤层厚度在3.5m58m之间，平均厚23.8m，-20m-90m水平是一个大煤包，经估算146采区南段-36m-120m资源储量为95.5万t。该区域浅部地层为第四纪冲积物，潜水位较高，一般距地面23m，有丰富的地表水补给。煤系地层属不含水层，裂隙发育中等偏弱，但由于之前小煤窑的掠夺式开采，致使煤层浅部破坏殆尽，水文地质条件变得极其复杂。 ? 采动影响 　　对地面沉降的影响 　　该采区开采上限为-36m水平，下限为-120m水平，平均煤厚23.8m，煤层平均倾角72°，属急倾斜煤层，平均走向长度330m。上覆岩层为中硬岩性，在-36m-120m段充分采动情况下，采用概率积分法计算，可得出地表最大下沉值为12.89m，即地表将形成12.89m左右的沉陷盆地，水沟、公路涵洞将严重受损而无法排水。 　　对上覆岩层影响分析 　　地下煤层开采后，上覆岩层将产生“三带”(冒落带、裂隙带、弯曲带)。为了掌握采区导水裂缝带的发育高度，地面水体、导水裂缝带、老窑积水是否形成通路，根据《“三下”采煤规程》提供的计算公式，计算出采区导水裂缝带高度为234.1m。而神仙洞地下采煤按下限标高为-120m，地面标高为+95m计算，下山采深为215m，由此可见，即使不发生抽冒，导水裂缝带也到达地表。 ? 地面防治水施工技术措施 　　南阳矿业公司采取了“移山填洼、地下注浆”及系列配套的源头防治水措施，对神仙洞区域复杂积水区下煤层进行了科学合理的开采与治理。 　　增设公路涵洞 　　南阳矿业公司在原涵洞南测10m处增设了1个涵洞，以加大过水断面。新涵洞为长方体框架涵洞结构，内空长、宽、高分别为8m、5m、3.5m，壁厚顶、底、侧分别为0.35m、0.4m、0.45m，采用钢筋混凝土预制，成形后以机械顶进方式施工。框架预制分底、侧、顶3次完成，后背制作与滑板连成一体，机械顶进严格按设定的方向和角度操作，进水口涵底标高与公路横沟底面标高一致，出水口高于下游小溪底面，流水坡度为15‰。 　　水沟改造与治理 　　1.合理布置水沟改造的断面和尺寸。水沟应为槽形，改造前后的断面尺寸如下表： 　　2.采用双壳结构与二次施工工艺。水沟外壳为料石砌墙，内衬为钢筋混凝土浇制。第一次料石砌墙以抗风化的细砂岩为材质，要求砌体大小均匀，墙体挂线作业，墙缝水泥浆胶结干涸，严格按规定要求进行7天洒水养护期。第二次施工内衬时，先用螺纹钢和铁丝扎制骨架，砼捣固无气泡，内衬每30m处设伸缩缝一道，缝内用止水带密封。 　　注浆 　　钻孔布置及注浆方法 为减少采动诱发的地面水沟变形破坏，沿煤层露头线顶板侧的水沟旁每20m布置钻孔一个，钻孔采用斜孔方式钻入水沟底板之下，俯角60°70°，孔深3040m，以粉煤灰、水泥混合浆液为注浆材料，向孔内充填注浆。初次注浆后，分析计算地表岩移观测资料，当达到允许下沉临界值则进行2次乃至多次扫孔复注，直至开采结束沟底稳定。对“神仙洞”实施治理以来，共打施工钻孔111个，钻孔进尺5 592.69m，注浆9 277.5m3。通过注浆避免了南、北水沟和公路发生抽冒的情况，减少了公路的下沉量，并在填堵导水裂隙方面起到了很好的效果。 　　高压旋喷技术的施工与应用 采用高压旋喷技术处理地基具有针对性，高压可将围岩孔隙中的水分、空气强行挤出，旋喷有利于提高喷注质量，使浆液均匀灌入围岩孔隙之中。 　　高压旋喷施工方法为先用钻机造孔，钻完孔后水力洗孔，再往带孔钻杆中注入浆液，加压旋转钻具，使浆液压入岩土层孔隙中。高压旋喷压密可以分层处理，分为采空区上部岩土层的处理，以及开采空洞和塌落体的处理。空体和塌落体的灌浆压密对象是空体以下-10m、空体及空体上顶面10m范围内的塌落体覆盖物。 　　塌陷区回填