時間:2023-03-17 15:45:06
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煤礦采空區透水事故是煤礦主要水害事故。據國家礦山安全監察局調查統計司發布的《2021年全國煤礦水害事故簡要分析》[1],僅2021年度,全國共發生水害事故12起(其中死亡事故5起,涉險事故7起),死亡人數達50人,占全國煤礦事故死亡人數的28.1%。其中,2021年4月10日的新疆昌吉州呼圖壁縣白楊溝豐源煤礦重大老空透水事故,造成死亡21人的嚴重后果,老空水水害防治成為重中之重[2]。永煤公司所屬礦井受老空水害影響因素較大[3-5],其中永城礦區各生產礦井主要是礦井范圍內采煤工作面回采后形成的采空區積水。采空區范圍內積水分布情況、積水范圍和水量均有動態分析監測,且建立有觀測臺賬。在此基礎上,針對采空區沿空下山掘進巷道,應用“無煤柱沿空掘巷追排水技術”代替傳統的“集中疏放、底板巷超前疏放、循環限壓疏放”等老空水防治技術,實現了老空水治理的本質安全,有效保障了企業老空水害治理“零透水”目標。
1無煤柱沿空掘巷追排水技術
1.1應用條件針對臨近采空區分布清楚、采空區積水范圍及水位等水文地質資料可靠、下山掘進巷道、臨近采空區采動垮落穩定的實際情況,采用無煤柱沿空掘巷追排水技術,即下山設計巷道直接沿采空區邊界不留設煤柱掘進,使采空區積水直接流至掘進工作面底板,隨掘進進度直接排水并逐漸降低采空區水位[6]。
1.2技術優點采空區積水邊界可見,實現老空水隨掘隨排、老空水位隨排隨降;不留設煤柱能夠多回收煤炭資源,實現綠色開采,實現老空水害防治本質安全[7]。
2無煤柱沿空掘巷追排水技術應用實例
2.1工程應用永煤公司所屬某礦12604運輸巷緊鄰12606采空區,其12606工作面動水量約8m3/h,從12608回風巷流出,采空區存在積水,積水面積約48110m2,水量28866m3,積水區邊沿標高-496.0m,積水水位高差12.6m,最大水壓0.126MPa。12604運輸巷煤層左高右低,巷道掘進面右底板標高較采空區積水外沿高,巷道掘進時逐步揭露采空區積水,且老空區總體水量少,動態補給量小。在對老空區積水情況及在掘巷道煤層賦存情況充分分析的基礎上,確定在12604運輸巷掘進期間實施無煤柱沿空掘進追排水技術[8]。12604運輸巷掘進到12606采空區積水外沿標高時,積水線標高為-496.0m,巷道采取邊掘進邊排水的措施,排水管路直接連接到掘進工作面,利用水泵直接排水,隨著巷道掘進排水管路隨之逐步延伸[9]。根據管路延伸的長度、巷道下山底板標高下落情況綜合考慮,在巷道下落10m左右施工排水水倉,水倉標準長×寬×深=3m×1m×1.5m。待接力水倉排水能力配足后,隨巷道掘進再逐步延伸排水管路和排水水泵,以確保巷道安全掘進及排水可靠。由此依次循環向前施工,具體施工如圖1所示。根據巷道掘進、排水、老空區積水等情況綜合考慮,制定掘進期間的安全技術措施:加強排水設備檢修及維護工作,確保排水能力與掘進期間揭露老空區涌水量相匹配,并及時延伸排水管路和排水設備,循環施工接力水倉,確保排水可靠;加強巷道支護,尤其是靠近采空區側巷道幫部支護;加強巷道靠近采空區側底煤回收管理,確保采空區積水有效流出不堵塞;做好掘進工藝與排水系統完善、后巷標準化施工、膠帶巷延伸等配套工程的銜接工作,確保循環高效掘進。
2.2應用效果及創新點12604運輸巷沿空掘進期間共排放老空積水量27688m3(凈水量26110m3),疏放水量與預計水量吻合,且實現巷道快速高效掘進,水害“零”影響,為礦井生產接替提供有序保障。不同于傳統的“集中疏放、底板巷超前疏放、循環限壓疏放”等老空水害防治技術,無煤柱沿空掘進追排水技術實現了無探放、無老空積水水頭危害,從根本上消除因探放老空水帶來的安全隱患,在確保安全生產的同時,提高了掘進施工效率。(1)減少疏放水次數,提高安全效果。按照傳統循環限壓疏放水技術(圖2),12604運輸巷于采空區之間留設6m煤柱方案掘進,12606老空區積水量28866m3,掘進面煤幫承受最大水壓0.126MPa,12604運輸巷掘進過程中需進行6次探放水,煤柱較小,探放水期間安全壓力較大。采用無煤柱沿空掘進追排水技術,12604運輸巷無煤柱沿空掘進無需施工各種鉆探工程,避免了疏放水鉆孔施工期間的安全隱患和風險,提高了對老空水水害的管控能力。(2)避免探放水施工,減少鉆探工程量,提高掘進效率。留設6m煤柱沿空掘進方案需在12604運輸巷掘進期間進行6次階段探防水施工,共設計施工16個放水鉆孔,累計耗時28.5d。新方案無煤柱掘進施工,不需施工放水鉆孔,只對老空區來水進行抽排,對巷道掘進幾乎無影響,提高了掘進效率。(3)不留設巷道與采空區間煤柱,多回收煤炭資源。按照原有工作面設計,12604運輸巷與12606回風巷之間煤柱寬度約為6m,工作面的設計長度為1300m,煤層平均厚度為3.1m,采用無煤柱沿空掘巷可實現多回收煤炭資源3.55萬t。按照每噸600元計算,多回收煤炭資源價值2130萬元,平均每年增加效益約780萬元。
3結語
無煤柱沿空掘進追排水技術已在永煤公司十余個工作面得到成功應用,實現了無探放、無老空積水水頭危害,從根本上消除因探放老空水帶來的安全隱患,既確保安全也提高了巷道掘進效率,同時能夠提高煤炭資源回收率,經濟效益顯著。
參考文獻(References):
[1]李少華,王云澤.“引避疏堵排五位一體”綜合防治水技術研究[J].能源與環保,2019,41(1):44-47,69.
[2]陳酩知,王超偉.豫西重力滑動構造頂板水害及評價模型[J].能源與環保,2019,41(2):32-36.
作者:張勝軍單位:永煤集團股份有限公司