150104探放水设计.docx
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150104探放水设计
山西显王煤业有限公司
150104工作面探放水施工设计
二0一一年十二月
审批记录
名称：
150104工作面探放水施工设计
审批日期：
年月日
会审单位及意见：
会审单位
会审意见
签字
生技科
地测科
机电科
安全科
通风科
调度主任
机电矿长
生产矿长
安全矿长
安指中心
总工程师
矿长
150104工作面探放水施工设计
一、工程概况
（一）采面基本概况
1、150104工作面位于井田北翼，北翼暗斜井、北翼回风下山、北翼轨道下山的北部。
其东部为F3断层，西部为未采区，南部为北翼回风下山保护煤柱，北部为原寨坪村煤矿边界（现已关闭），回风顺槽掘进时遇一长轴120m陷落柱后，切眼退后开掘。
设计总工程量680米，其中：
风巷310m，运输巷280m，切眼90m，，可采走向230m，采长90m，平均4.7m，容重1.38t/m3，可采储量13.03万吨，截止2011年11月10日,150104工作面回风巷310米，切眼90米，已经完成。
运输巷已掘进220m，运输巷再掘进60米，预计11月20日与切眼贯通，形成生产系统。
2、采面地表位于洪水镇原寨坪煤矿（现已关闭，开采过2#、3#煤层）南部山岭沟谷地带，地面主要为荒地，少部为农田。
无民房及其它建筑物。
地表绝大部分黄土台地及冲沟，属低山丘陵地貌，标高+1130m～+1212m。
本采区煤层位于857m～885m水平，煤层平均埋藏深度300m，地面无需保护的建筑物。
3、根据掘进巷道揭露情况看，150104工作面范围内煤（岩）层产状为一单斜构造，走向25°，倾向NW，倾角8°～17°。
本工作面范围内地质条件较为复杂。
回风顺槽上方25m处揭露一落差3.5m的F3断层，断层走向28°,对工作面回采没有影响；原运输顺槽采用工字钢支护，开掘60m后因顶板压力大，工字钢变形损坏严重，造成支护困难，被迫停止掘进，根据分析可能上方为原寨坪煤矿开采2#、3#煤层时的煤柱区，或有地质构造对巷道的影响较大。
现在在原运输顺槽右侧30m处重新开掘一条新运输顺槽，以避开压力区；回风顺槽掘进354m时揭露一长轴120m、短轴60m左右的陷落柱，造成切眼退后44m开掘。
设计为综采工作面，采用QFZ2600/14/24液压支架放顶煤一次采全高，工作面掘进时超前探水掘进，在掘进过程中没有出现老硐及采空区，根据揭露的陷落柱和断层情况，陷落柱和断层都没有出现导水现象。
无水情异常情况。
（二）、采面老空水积水分析
1、充水因素分析
（1）大气降水对矿坑充水的影响
矿区东部煤层埋藏较深，其余埋藏较浅，地表水、河水及大气降水可沿松散堆积物孔隙与基岩裂隙向下渗透，有可能通过矿坑顶板导水裂隙带进入矿坑，成为矿坑充水的来源之一。
受大气降水及地表水季节变化的影响，由此形成的矿坑充水量也随之具有明显的动态变化特征。
（2）小煤矿井筒水对矿坑充水的影响
井筒穿过揭露范围内所有含水层，其间必有一定量的地下水沿井筒流下，成为矿坑涌水的一部分。
煤层顶板砂岩裂隙含水层将通过矿坑顶板冒落导水裂隙带向矿坑充水，为矿坑充水的主要来源。
从目前掌握的水文地质资料分析，威胁安全的开采水害主要是上部小窑老空水，该老空区在2004～2009年开采，根据山西省煤炭地质114勘查院提交《山西显王煤业有限公司矿井水文地质补充勘探报告》，寨坪村煤矿原开采2号和3号煤层，没有资料显示开采过9#煤层，开采形成较大规模2号和3号煤层的采空区，3号煤层的底板距15#煤层的距离为128.67米，根据导水裂隙带推算，3#煤的采空区积水应该对15#煤层的开采不会造成太大的安全威胁影响。
根据山西省煤炭地质114勘查院2010年7月提供的矿井水文地质补充勘探报告中瞬变电磁法的报告。
1、北翼3号煤层含水性分析
北翼3号煤层共划分Ⅰ～Ⅶ七个富含水、含水异常区主要分布于测区北部及中部，150104工作面范围内有两处含水异常分布区，分别位于150104工作面的北侧及中部，其中北侧的含水异常区Ⅵ面积较大，走向近东西向，中部含水异常区Ⅰ呈椭圆状，长轴方向近东西向。
（详见附图3-1）
2、北翼15号煤层含水性分析
共划分Ⅰ～Ⅶ七个含水异常区，含水异常区主要分布在测区南侧、西侧、北侧边部。
150104工作面范围内，北侧分布宽100米左右、长度小于200米的含水异常区Ⅶ；南东侧有一个近似等轴状直径小于100米的含水异常区Ⅳ，在其中间有一长轴长度20米的椭圆形富含水异常区；。
（详见附图3-2）
根据综合分析，由于此处在原寨平村煤矿的开采范围，原来的技术管理落后，资料的准确性还有待于验证，为确保150104工作面开采期间的安全，先采用先进的瞬变电磁法对150104工作面的上部和周边做出报告，根据瞬变电磁法的报告再对可疑区域进行钻探探放。
（3）导水裂缝带
15号煤层：
15号煤层的充水含水层主要为顶板以上灰岩岩溶裂隙含水层，开采时形成的导水裂缝，可能沟通上覆其它含水层，使其成为煤层开采的间接充水含水层。
其导水裂缝带高度采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的公式进行计算。
井田内煤层为缓倾角，采用坚硬岩层导水裂缝带高度计算公式，其公式为：
………………………
（1）
…………………………
（2）
式中：
HIi—导水裂缝带高度m；
ΣM—煤层累计采厚m，取3.21～5.96m；
按
（1）式计算，计算时式中取“+”号，全井田煤层开采时，产生的导水裂缝带高度为63.75～74.02m；按
（2）式计算，全井田煤层开采时，产生的导水裂缝带高度为63.75～83.24m。
9号煤层底距15号煤层顶板平均间距为49.40m,开采15号煤层时最大导水裂缝带可以沟通9号煤层采空区积水。
如15#煤层上方有9#煤层采空区，必须在开采时提前做好探放水工作，确保安全开采。
二、探放水方法
1、物探的方法：
采用先进的物探手段（井下瞬变电磁法），在井下工作面巷道对影响工作面开采安全的K2石灰岩、及上部老空含水性再进行探测，圈定积水范围，估算采空区的积水量，判别对工作面开采的危害程度。
2、钻探探放水：
采用坑道钻机钻至9#煤层探明开采情况。
、
采用物探方法可连续获得上层煤采动情况的资料，探测采空区开采范围和K2灰岩含水性，不破坏岩层结构，安全程度高。
钻探方法可直接进行探放水，由于原小煤矿大都采用房柱式采煤法开采，钻探无法准确确定巷道位置，探水准确性差，容易造成误判，会给安全开采带来影响，
因此，采用物探与钻探相结合的方法，物探先行、钻探验证，方法互补，以达到安全开采的目的。
三、钻探探放老空水设计方案
（一）、钻场的选择及目的
根据150104工作面瞬变电磁法探测成果报告（见附图2、附图3），150104工作面顶板上9号煤局部有采动破坏，总体积水性差，A，Ｂ异常推断为采空区积水反映，受采动破坏，导水裂隙带有可能沟通9煤采空区，对工作面回采有一定的影响。
根据报告，共设计2处探放水点，第一处在切眼向外运输顺槽10米处，第二处在切眼向外运输顺槽125米处，均为穿层探放老空水，防止老空对水威胁安全正常开采。
保证钻孔钻至9#煤层。
（二）、钻机的选择
本次施工采用SJZ-350型全方位防爆液压钻机和供水配用设备为BTW-1.5/50型N泥浆泵一台。
1、SJZ-350型钻机
适用钻孔角度范围0～360度，钻进能力孔深达到200m，钻杆直径适用Φ42mm钻杆钻进；立轴提升能力20KN，给进力15.5KN；升降机提升能力2000kg；外形尺寸1600×950×1500mm，总重量850kg。
设备是河北石家庄德阳探矿设备有限公司生产。
2、BTW-1.5/50型注浆泵：
BTW-1.5/50型泥浆泵为卧式往复单作用活塞泵。
该泵具最大流量50L/min，最大压力可达1.5Mpa。
3、使用电机功率共计7.5KW+2.5KW+25KW=35KW，BQZ—80开关3台。
材料有φ89mm×5m套管，φ89mm中低压闸门,水泥、水玻璃等。
（三）、钻孔的布置及设计参数
本次施工设计钻孔4个，在150104运输巷钻场第一处、第二处探水地点内各设计2个钻孔：
1#、2#钻孔开孔位置距巷道底板1.2米，钻孔方位角108°、110°,倾角+60°,孔深70米;3#、4＃钻孔方位角105°、110°,倾角+60°,孔深70米,主要目的是探明掘进上部采空区及含水层的水文地质情况，并对水害进行综合处理。
钻探有顶钻现象时，要引起高度重视，停钻进行认真观察返水情况，涌水增大要立即关闭大闸门。
各钻孔设计参数见下表。
孔号
设 计 参 数
设计终孔位置
备 注
方 位
倾 角
孔深（m）
1
108°00′00″
+60°
70
9#煤层
穿过K2灰岩
2
110°00′00″
+60°
70
3
105°00′00″
+60°
70
4
110°00′00″
+60°
70
合 计
280
（四）、单孔设计
1、本次钻孔设计为仰角孔，采用金刚石钻头钻进，开孔直径Ø89mm，下入Ø89mm套管，套管长度不小于5m，然后换径Ø58mm，钻进至终孔。
套管外口焊接高压法兰盘，法兰盘外连接装压力表的短节，短节外接中低压闸阀。
详见《钻孔结构示意图》
·`￠`89mm5M`￠`58mm75M
`
·
2、正常钻进采用￠42×1m钻杆，每根相连。
（五）、钻探施工
1、钻孔定位及开孔：
钻孔定位由地测人员按设计要求进行标定，钻机固定后按开孔要素开孔。
开孔用￠89mm的钻头钻进，钻进5.5m后下入直径Ø89mm套管5.5m。
下套管时，先将套管提离孔底0.2m，外露0.3m。
孔口和套管口间的环状空隙用水泥砂浆和速凝剂封闭密实，其中插入一根细管，用于观察注浆情况。
孔口管为￠89mm×2-2.5m无缝钢管，用水泥—水玻璃浆液固孔。
水泥—水玻璃浆液浆凝固后，从套管口向内注入水泥浆，同时观察细管内的情况，待水泥从细管溢出后，可缓停注浆，3～5分钟后再注，水泥浆稳定流出后，停止注浆，注浆压力以1.2MPa为宜。
2、水泥凝固48小时后，用钻头扫孔至6.0m处，退出钻具，孔口管外安装不低于中压闸阀，接通高压水试压，试压压力不低于1.5MPa，延续时间均不少于30分钟。
试压过程要有详细记录，并有专人检查套管外及钻场附近的情况，如发现钻场及钻孔周围有渗水、跑水等现象，要停止试压，继续注水泥浆，直注试压后合格。
二次注浆的压力可适当增大。
3、换径后钻进：
试压合格后，安装阀门、测压表及防喷装置后，改用Φ58mm合金钻头金刚石钻头或复合片钻头钻进至终孔。
钻进时带班人员要定期检查钻孔内的岩粉及沉渣，并要经常冲孔，确保孔底干净，防止发生埋钻卡钻等事故。
管理技术人员要定期到现场进行岩芯编录，指导钻探施工人员顺利施工。
4、钻孔接近老空时必须提前安装好防喷装置，防止钻进中突然出水失控造成水害事故。
（六）、注浆压力及浆液性质
根据地质报告及以前探放水经验，预计本次探放水时水压值最大为0.5MPa。
1、孔口管做耐压试验不低于1.5MPa，钻孔试压长度为5.5m，压力不低于1.5MPa。
2、浆液性质
（1）孔口管固定时用水泥—水玻璃浆液，水灰比1：
1～1.3,灰浆和水玻璃的体积比1:
0.3～0.5,现场可根据实际进行调整。
（2）探水孔出水注浆时，以单液浆为主，注液结束封孔时改为双液浆。
（3）孔口管试压结束后，进行钻进深度达到6m时，停止钻进，起钻进行注浆试压。
其目的是为了对岩层裂隙进行充填加固，防止出水时岩壁跑水跑浆，给施工造成影响。
3、浆液注入量
本次探水施工钻孔四个，注浆孔深总进尺24m，预计浆液注入量为：
Q=AπR2Hηβ/m
式中，Q——预计浆液注入量，ｍ３；
Ｒ——浆液扩散半径，取2m；
Ｈ——注浆孔总长度，24ｍ；
A——浆液损失系数，取1.3；
η——浆液在裂隙内的有效填充系数，取0.85；
β——岩体裂隙率，由于岩石较破碎及裂隙发育，取２％；
ｍ——结石率，取0.85
Q＝1.1×（3.14×22×24×2%×0.85）/0.85≈7.0m3,
按照水灰比为１:
１计算，配制１m3浆液需要水泥750kg，注浆需水泥7.0×750/1000≈5.25Ｔ，水玻璃按照水泥用量的10%计，用量应为5.25.2×10%≈0.5Ｔ。
四、探放水的注意事项及技术要求：
（一）、钻场的要求
每处钻场宽4.0m、高3.0m。
底板破碎或留有残煤的，钻场周围、巷道要加密支护，确保巷道无空顶，无旷帮。
保证钻探施工人员的人身安全。
（二）、通讯要求
钻孔施工受矿调度室统一调度，如发现异常情况应及时通知调度室，施工现场设专用电话一部。
随时和调度室保持联系。
为保证电话畅通，每班开工之前，施工人员必须先与调度室电话联系一次，电话不通，不准开钻施工。
凡水害能威胁到的工作面要有电话机以利联系。
并安排专人负责通知。
（三）、瓦检要求
施工现场必须配备瓦斯便携仪一台，由专人负责看管、检测瓦斯浓度，如瓦斯超限立即查明原因进行处理。
并设专职瓦检员进行现场交接班。
（四）、供电保证
钻孔施工期间，严禁随意停止钻机电源，加强机电检查，杜绝失爆现象，机电系统保证排水为双电源供电，同时加强中央泵房机电设备检修，确保中央泵房的水泵台台完好。
中央泵房人员要求现场交接班，班班都要试电话，向调度室汇报本班排水设备运转情况。
（五）、排水系统的要求
1、在150104运输巷处探水，安设排水能力不小于70m3/h、扬程不小于40m的水泵2台，并在每处探水地点开挖泵窝，规格宽*高*深=3.0m*2.5m*5.0m，排水路线：
钻场—150104运输巷—北翼临时排水基地—主斜井中部水仓—地面;
（六）、放水
钻孔打入老空出水后，单孔出水量通过阀门控制在50m3/h以内,老空水放完的标准必须有两个以上在原出水孔下方的钻孔证实无水时,方可结束放水工程。
（七）、施工技术要求
1、钻孔位置、方位、倾角由测量人员按设计标定，按设计施工，严格按《规程》操作。
要经常检查设备运转情况，观察孔壁完整程度，防止孔内和机械事故发生，保质保量按期完成钻孔任务。
2、钻进期间如发现水压、水量突然增大、顶钻、进入老空等异常现象时，必须立即停止钻进，不得拔出钻杆。
要立即向调度室汇报，并派人监测水情。
如果发现情况危急时，关闭防喷装置止水，并立即撤出所有受水害威胁地区的人员，然后采取措施进行处理。
五、主要劳动组织
序号
职别／工种
人数（人）
备 注
１
值班队长
1
指挥和协调工作，人员调配等
２
技术管理人员
1
技术指导和整体技术交底
３
操作工
12
注浆人员、搅拌工及打钻工
４
电、钳工
2
检修、调试和安装等
5
司泵工
2
排水泵的运转
6
合计
18
1、预计工期：
预计工期25天。
2、所需材料一览表
序号
材料名称
型号
规格
单位
数量
备注
１
水泥
425#
T
3
２
水玻璃
45Be
T
0.5
可采用速凝剂
３
钻头
Φ89mm
个
6
４
三翼钻头
Φ58mm
个
6
５
无缝钢管
Φ89mm
M
22
６
高压注浆管
40MPa
１″
M
30
７
过滤筛网
400mm×400mm
个
3
８
小铁桶
个
4
９
高压球阀
１″
个
6
10
手锤
2.5镑
把
2
11
压力表
40MPa
个
3
12
三通
36″
个
2
13
管钳
24″
把
2
14
法兰
3.5寸
个
2
16
钢卷尺
５m
个
5
17
机械油
Kg
40
18
黄油
Kg
10
19
液压油
kg
100
六、安全技术措施：
1、钻机操作严格按操作规程操作，钻机安装采用底木梁+单体柱固定方法，底木梁选用断面200×200×1500mm方木若干根，用4棵单体柱将底木梁固定在钻场底板上，然后用四条Φ18mm螺丝将钻机与底木梁联接在一起，保证钻机牢固、不移位。
2、钻孔施工前，排水水泵、管路与供电系统必须运行正常同时经过联合验收。
3、每班必须配备熟练的水泵司机值班，并严格执行交接班制度，保证钻孔出水后能及时排放。
4、入井设备要严格进行防爆检测，钻探施工期间加强供水供电系统检修，严禁设备电缆失爆，保证排水、探、正常供电。
5、钻孔施工受矿调度室统一调度，如发现异常情况应及时通知调度室，施工现场设专用电话一部。
为保证电话畅通，每班开工之前，施工人员必须先与调度室电话联系一次，电话不通，不准开钻施工。
6、钻孔位置、方位、倾角由测量人员按设计标定，按设计施工，严格按《规程》操作。
要经常检查设备运转情况，观察孔壁完整程度，防止孔内和机械事故发生，保质保量按期完成钻孔任务。
7、钻机必须固定牢靠，保证钻进时不移位。
注浆固管及试压必须通知矿调度室、生产技术科，并通过矿组织有关部门的联合验收，合格后方可继续施工。
8、钻进期间如发现水压、水量突然增大、顶钻等异常现象时，必须立即停止钻进，不得拔出钻杆。
要立即向调度室汇报，并派人监测水情。
如果发现情况危急时，关闭防喷装置止水，并立即撤出所有受水害威胁地区的人员，然后采取措施进行处理。
9、施工现场必须配备便携仪一台，指定专人负责、检测瓦斯浓度，如瓦斯超限立即查明原因进行处理。
10、在进行施工钻孔前，必须完善探水地点排水设施，排水能力不小于70m3/h。
11﹑中央泵房人员和临时排水基地看泵工要求现场交接班，班班都要试电话，向调度室汇报本班排水设备运转情况。
12﹑探水地点的排水管路敷设好后，必须先进行试运转，运转正常时方可进行回采，否则不允许生产。
13、钻机按钻孔设计方位、角度安装、调试、固定，钻机四角用单体液压柱固定牢固。
14、钻孔出水异常，工作人员不能惊慌失措，要清醒冷静，做好自主保安，关好截水闸阀或防喷装置，防止出水太多，淹没设备。
15、在打钻过程中，要观察岩性变化、涌水情况及出水位置，并收集水文资料。
16、在操作过程中，司钻操作钻机，操作工要精心操作，保证钻探质量，防止钻探事故发生。
17、水管、阀门必须拧紧、上牢，以防脱落伤人。
18、钻机硐室出口要畅通无阻，管线吊挂整齐，高度不低于1.6m。
开工前，跟班负责人要严格执行敲帮问顶制度，及时找落活矸危石。
19、钻机操作注意事项
本次施工是以探放水为主，因此本次施工关键是防水套管的质量问题，套管下入必须严格按操作规程执行。
①、钻机安装完毕后，进行钻机液压系统的调试，各机器必须达到最佳状态，方能钻进。
②、开孔采用￠89mm钻进，达到5.5m后，把孔内的岩粉冲洗干净，套入￠89mm×2m-1.5套管3根5米。
③、套管与套管之间用套管接箍连接，丝扣必须缠生料带或涂料，防止丝扣漏水。
④、套管套入开口钻孔后，上好封孔管节法兰盘、截水闸阀，连接注浆装置，双管注浆固定套管，待孔口返出泥浆后，停止注浆。
凝固48小时后，透孔钻进，压清水试压，压力达到9Mpa，持续30min压力稳定，套管不漏液为合格，否则重新注浆加固。
⑤、套管固定好后，正常钻进10m后再进行试压一次，确保防水套管滴水不漏，做到万无一失，方能正常钻进。
⑥、钻进中注意观察孔内返水情况，出现异常，出水量异常增大，在小于水泵排水能力时,必须停钻，立即起钻，关好截水闸门进如果涌水过大,水量超过水泵排水能力,关闭防喷装置，及时汇报矿调度室,采取安全防范措施进行处理。
⑦、上、下钻具时，认真检查钻具，钻头使用情况，发现碰坏、磨损严重的钻头，立即更换，不准继续使用，仔细检查钻杆内有无铁屑，清除干净后才能加接钻杆。
⑧、每班的原始记录必须认真填写，下班后关闭大闸门，防止滞后出水。
⑨、操作钻机者，必须认真学习操作技术知识，发现异常情况，查明
⑩、搞好现场文明卫生，保证设备完好，做好预防钻孔出水的一切准备工作。
25、探防队作业人员必须认真学习本技术措施。
未尽事宜执行《煤矿安全规程》有关要求。
七、避灾路线：
1、避水灾路线：
150104钻场→150104运输巷→运输联络巷→回风平巷→主斜井→地面
2、避火、瓦斯事故线路：
工作地点—运输联络巷→暗斜井→集中运输巷→联络巷→北翼皮带运输大巷→绕道→副立井→地面
附：
150104工作面探放钻孔剖面图
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