Mechanism and Remediation of Water and Sand Inrush Induced in an Inclined Shaft by Large-Tonnage Vehicles

Abstract

In August 2016, multiple large-tonnage transport vehicles passed through the inclined shaft of the Jinjitian coal mine, Yulin, China, over a short period of time, resulting in fracturing of the floor, bearing capacity reduction, liquefaction of the underlying sand layer, and a serious water and sand inrush. The inrush and its sand content increased rapidly, with flows up to 72 m³/h, with up to 16% sand. Fractures appeared in the walls of the shaft and nine subsidence pits formed on the ground surface. As the distance between the shaft roof and floor continued to shorten, the mine faced the risk of flooding. Four remedial measures were rapidly taken. First, where the roof and floor was seriously fractured, cribs were constructed to effectively stop the convergence of the roof and floor. Second, grouting was carried out on the periphery of the shaft sides to seal and block the inrush ducts, reducing the inrush by 52% and eliminating the sand content. Then, the cribs were replaced with arched steel supports for permanent support. Finally, the shaft wall behind the sand layer was reinforced with grout, which reduced the water inrush from 34.8 to 2.5 m³/h. After adoption of these measures, the inclined shaft withstood the transport of large-tonnage coal-mining equipment for two work faces without an increase in water flow, floor fracturing, sand inrush, or other similar problems, indicating that the damaged shaft was well remediated. The measures taken provide a good reference for control of similar disasters.

Zusammenfassung

Im August 2016 befuhren zahlreiche Großraumfahrzeuge innerhalb einer kurzen Zeit den Schacht der Jinjitian Kohlemine, Yulin, China. Dies führte dazu, dass die Sohle brach, sich die Tragfähigkeit verringerte und sich die Sandschicht im Liegenden verflüssigte. Dies führte zu einem erheblichen Einbruch von Wasser und Sand. Der Wassereinbruch erhöhte sich auf Durchflüsse bis 72 m³/h. Der Sandgehalt stieg bis auf 16 %. An den Wänden des Schachtes entstanden Risse. An der Geländeoberfläche bildeten sich neun Absenkungstrichter. Da sich der Abstand zwischen Firste und Sohle weiter verringerte, bestand die Gefahr, dass die Mine geflutet wird. Zügig wurden vier Instandsetzungsmaßnahmen ergriffen. Zuerst wurden an Stellen, wo die Firste und Sohle erheblich gebrochen waren, Pfeiler eingezogen, um das weitere Zusammenfallen zu verhindern. Zweitens wurden entlang des Schachtes die Risse abgedichtet, um die Zustrombereiche zu versiegeln und abzusperren. Dies führte zu einer Reduzierung des Wasserzustroms um 52 % und zur Entfernung des Sandanteils. Danach wurden die Pfeiler durch Stahlbögen als Dauerlösung ersetzt. Als letztes wurde die Schachtwand mit Mörtel verstärkt, wodurch der Wasserzustrom von 34,8 auf 2,5 m³/h verringert wurde. Nach Umsetzung der Maßnahmen hielt der Schacht den Bergbaumaschinen ohne Wasser- und Sandeinbrüche, Bruchbildung oder ähnlichen Problemen stand. Dies zeigt, dass der Schacht gut saniert wurde. Die Maßnahmen stellen eine gute Empfehlung für die Beherrschung ähnlicher Havarien dar.

Resumen

En agosto de 2016, múltiples vehículos de transporte de gran tonelaje pasaron por el eje inclinado de la mina de carbón Jinjitian, Yulin, China, en un corto período de tiempo, lo que provocó la fractura del piso, reducción de la capacidad portante, licuefacción de la capa de arena subyacente y una seria irrupción de agua y arena. La irrupción y su contenido de arena aumentaron rápidamente, con flujos de hasta 72 m3/h, con hasta un 16% de arena. Aparecieron fracturas en las paredes del pozo y nueve hoyos de subsidencia formados en la superficie del suelo. Debido a que la distancia entre el techo del pozo y el suelo continuó acortándose, la mina corría el riesgo de inundarse. Cuatro medidas correctivas se tomaron rápidamente. Primero, en los lugares donde el techo y el piso estaban seriamente fracturados, se construyeron soportes para detener efectivamente la convergencia del techo y el piso. En segundo lugar, se realizó la lechada sobre los lados del pozo para sellar y bloquear los conductos de entrada, reduciendo la irrupción en un 52% y eliminando el contenido de arena. Luego, los soportes se reemplazaron con otros de acero arqueados para un soporte permanente. Finalmente, la pared del pozo detrás de la capa de arena se reforzó con cemento, lo que redujo la entrada de agua de 34,8 a 2,5 m3/h. Después de la adopción de estas medidas, el eje inclinado resistió el transporte de equipos de minería de carbón de gran tonelaje para dos caras de trabajo sin un aumento en el flujo de agua, fractura de piso, acumulación de arena u otros problemas similares, lo que indica que el pozo dañado fue remediado. Las medidas tomadas proporcionan una buena referencia para el control de desastres similares.

抽象

2016年,多台大吨位运输车短时间通过榆林(中国)金鸡滩煤矿斜井,导致底板裂隙发育,承载能力降低,下伏沙层液化,诱发严重突水溃沙。突水量与含沙量迅速增大,流量达72 m³/h,含沙量高达16%。斜井井壁也出现裂缝,地面形成九个塌陷坑。随斜井顶与底间距继续缩小,矿井面临淹井危险。采取了四项补救措施:第一,在顶、底裂隙发育的地方搭建木垛,有效阻止顶、底收敛;第二,井壁四周注浆封堵溃沙通道,减小52%涌水量,消除水中含沙量;第三,用钢拱形支护替代木垛做永久支护;最后,注浆加固沙层后井壁,使涌水量由34.8 m³/h减少至2.5 m³/h。经以上治理,斜井可以承受两个工作面大吨位采煤设备通行,未再引起涌水量增大、底板裂隙、溃沙等类似问题,受损斜井修复效果较好。救险措施对类似灾害具有很好借鉴意义。