1工程概述
A 矿井田面积 10.6 km2 ,现阶段回采深度在 800 m以上,井下水文地质条件中等,目前主采 10# 煤层。根据前期地质勘探可知,A 矿井井下奥灰水水位标高介于850~860 m 之间,而 10# 煤层底板最低点标高仅 835 m,因此该煤层处于奥灰水影响范围内。10201 作业面为10# 煤层回采作业面,其回采过程属于典型的承压开采,因此为确保该作业面回采安全,需设计有针对性的带压开采方案和防治水安全措施。
2 奥灰水突水系数计算分析
根据前期矿井地质勘探测算,A 矿井田内奥灰水水位标高介于 850~860 m 之间,而 10# 煤层底板最低点标高仅 835 m,整个煤层均处于奥灰水影响范围内,回作业过程中不可避免地会出现不同程度的带压开采现象。式(1)为突水系数计算公式[2]:Ts=P/M,(1)式(1)中,Ts 为突水系数,MPa/m;P 为底板隔水层承压,MPa;M 为底板隔水层厚度,m。鉴于 A 矿 10201 作业面回采区域位于整个井田西北部 3# 水文钻孔附近,将 3# 水文钻孔参数作为计算突水系数的主要参照,则 10# 煤层最大突水系数为:(860-830+63.65)×9.8×10- 3/(63.65- 16)=0.02 MPa/m。经计算可得 10# 煤层突水系数最大值为 0.02 MPa/m,而 10201 作业面回采范围内存在落差较小的小断层,于典型的底板构造受破坏地段。根据以往施工经验,该区段底板突水临界值为 0.07 MPa/m,也就是说,在 10#煤层的回采过程中其突水系数最大值远低于该矿井破碎块段的突水系数经验值 0.07 MPa/m,同时也远小于井下正常块段的突水系统经验值 0.1 MPa/m[3],这表明10# 煤层处于带压安全开采区。
3 作业面辅助排水巷设计分析
A 矿 10201 作业面处于该矿井田西北部区域,属于整个井田的低点,为确保回采作业的安全性,最大程度增强矿井防治水抗灾能力,整个作业面采用“两进一回”的布置方式,在靠近井田西侧边界的区域布设辅助运输巷和运输巷,在靠近 10202 作业面的一侧布设回风巷,图 1 即为该作业面布设示意图。整个 10201 作业面倾向长度 180 m,作业面两侧运输巷和回风巷落差均值18 m,作业面坡度达到 6°。采用这种方式不仅能够将作业面运输方式变为下行运输,有效缓解运输负荷,还能够将作业面的辅助运输巷作为专门的排水巷道,从而将回采面顶板裂隙水、采空区积水和冷却用水全部及时排出作业面,消除作业面积水对生产安全的影响。此外,在对作业面下部煤层进行回采前,还应通过10201 辅运排水巷提前疏排作业面采空区的积水,从而有效规避下层煤开采时可能遇到的覆岩积水威胁。
4 排水系统布设分析
对于 10201 作业面而言,其 23# 联巷为该作业面相对较低的点,因此在该联巷内构建中转水仓,水仓设计容积为 140 m3,配设 2 台离心泵,型号为 MD155- 30×6,通过 DN150 (公称直径 150 mm) 管道向井下中央水仓直接排水。同时在盘区辅助运输巷内构建中央水仓和自动化泵房,中央水仓设计容量为 3 150 m3,共 2 个水仓,1 个为主水仓 (容量 2 100 m)3 ,1 个为副水仓(容量 1 050 m)3 。自动化泵房设计排水能力为 600 m3/h,配设有 4 台 250 kW 离心泵,作业时 2 台运转,1 台备用,1 台检修;所用离心泵信号为 MD280- 43×5,功为 250 kW,流量为 250 m3/h,扬程为 210 m。自动化泵站通过 2 条 DN250 (公称直径 250 mm) 管道与地面污水处理站连通[4]。
5 带压开采安全措施分析
5.1 构建完善的应急预案
针对井下生产中可能会发生的水害事故,提前制订完善的应急预案,确保一旦发生水害事故能__时间组织人员安全撤出作业面,并采取相应的治理措施。同时,每年都应定期组织作业人员按照应急预案开展救灾演练,并根据演练中发现的不足修订和完善方案。井下作业人员必须全面掌握水害应急处置预案,并熟记于心。
5.2 加强人员管理培训
加强对井下人员的管理培训,在现场发现水情后,作业人员要__时间上报调度室,并立即告知周围作业人员撤离作业地点;矿井调度室接收到水情报告后要立即启动应急处置预案,结合知悉的突水地点、水量及来水方向,对作业人员的撤离路径进行规划,随后通知井下管理人员组织作业人员按照设计方案撤离工作区域。
5.3 构建抢排水系统
在 10201 作业面辅助运输巷低点设置抢排水系统,配设 2 台大型潜水泵,通过地面直接供电,并将排水管直接接引出地面;同时加强对抢排水系统的日常管护,确保系统运行正常的同时水仓容量维持在 50%以上,从而保证一旦发生突水事故能够立即启动系统。
5.4 开展好探放水作业
在作业面回采过程中要加强对隐伏构造的超前探放,按照“有采(掘) 必探、先探后采 (掘)、先治后采(掘)”的原则,严格开展探放水作业。在发现前方存在构造时,应结合需要适当留存宽度适宜的防水煤柱。
5.5 加强钻孔周边的探放水工作
在煤层开采过程中,首先要做好对钻孔周边的探放水作业,避免因钻孔导水埋下安全隐患。特别是随着回采作业的进行,原有的煤岩体稳固结构被破坏,导水裂隙带范围扩大,一旦其拓宽至原有钻孔,就可能导致承压水通过钻孔涌出,因此需加强对钻孔的探放水管理,规避此类情况的发生[5- 6]。
6 结语
针对 A 矿 10201 作业面回采中存在的带压开采现象,通过局部划分带压,使得回采时的突水系数不超过 0.07 MPa/m。同时为确保作业安全,需布设排水巷建立抢排水系统及设计有针对性的安全措施等,有效确保回采作业的安全性,为生产的高效高质开展提供坚实的保证。