探放水工程设计DOC.docx
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探放水工程设计DOC
一、概况
梅花沟煤业有限责任公司8101工作面位于11#煤层，本煤层煤厚1.68~3.0m，平均2.16m。
8101工作面煤层厚2.8m，8101工作面上覆8#煤层已采空，10#煤层部分采空，根据黑龙江省煤田地质物测队2015年7月提供的《山西煤炭运销集团梅花沟煤业有限责任公司物探电法勘察工程报告》成果，8101工作面上覆8#层有采空积水区，10#层有采空积水区，存在安全隐患。
为确保8101工作面安全生产，根据“有掘必探、先探后掘，有采必探、先探后采”和“物探先行、钻探验证”的原则，真正掌握8101工作面上覆8#、10#层疑似积水区情况，特编制8101工作面上覆采空区积水探放技术方案。
11#煤层与10#煤层层间距6~13m，平均10m；11#煤层与8#煤层层间距37~56m，平均47m；10#层煤厚1.0~2.95m，平均1.98m；9#层煤厚0~0.8m，平均0.4m，为不稳定不可采煤层；8#层煤厚0.3~1.84m，平均1.24m。
后附柱状图
二、工作面顶板充水条件分析
首采8101工作面上覆8#煤层已采空，10#煤层部分采空，存在积水情况，这些都是潜在的充水隐患。
根据地面物探的首采区成果，共发现8#煤层区域范围内疑似积水异常区2处积水，（1处在8101工作面上方，1处在2101运输顺槽东南侧），10#号煤层区域范围内疑似积水异常区1处。
后附11#层8101工作面与上覆8#、10#层采空积水异常区位置图。
11#煤层与10#、8#煤层的层间距分别为6~13mm、37~56m。
后附柱状图。
根据山西省煤炭地质115勘查院编制的《山西煤炭运销集团梅花沟煤业有限责任公司兼并重组整合矿井地质报告》，11#煤层顶板为粉细砂岩，底板为粉砂岩。
根据2009年《煤矿防治水规定释义》第七十二条表4-1可以判定11#煤层顶、底板岩性属中硬。
根据2009年《煤矿防治水规定释义》第七十二条表4-2提供的公式，结合11#煤层顶、底板岩性属中硬的实际情况，根据公式计算：
=20×√3.0+10
=44.6
H－导水裂隙带高度（m）；M－煤厚（m），取最大值3.0。
11#煤最大导水裂缝带高度44.6m，塌陷角若按70°考虑，钻孔垂直顺槽水平投影距离应不小于16.2m。
通过计算，11#煤层导水裂缝带最大高度为44.6m，大于11#煤层与10#煤层的层间距（6~13m，平均10m），接近于11#煤层与8#煤层的平均层间距（37~56m，平均47m），11#煤层导水裂缝可导通至10#、8#煤层采空区。
所以在8101工作面开采前必须加强对工作面上方10#、8#煤层采空区积水的探放，目前10#、8#煤层积水情况及积水量不清，物探异常区是探放的重点区域。
对8101工作面威胁最大的是上覆10#、8#煤层采空区积水，在回采阶段，顶板一旦垮落后将使上覆采空区积水涌入到工作面内，易造成矿井突水事故的发生。
必须有针对性的对上覆采空区积水采取探放措施，否则将会对11#煤层首采8101工作面回采造成很大威胁。
由于地面物探成果资料只能作为上覆采空区积水的参考资料，不能作为本次探放水的决策资料，所以，在具体布置探放水钻孔时，必须对该区域水文地质条件及充水因素予以充分考虑。
本设计方案主要针对上覆10#、8#煤层采空区积水疏放。
三、探放水钻孔设计
（一）探放水目的
1、钻探验证地面物探圈定的8101工作面上覆10#、8#煤层采空区积水异常区；
2、用钻探查明8101工作面上覆10#、8#煤层采空区积水情况；
3、对查明的8101工作面上覆10#、8#煤层采空区积水进行疏放，确保8101工作面回采安全。
（二）设计依据
1、《山西煤炭运销集团梅花沟煤业有限责任公司兼并重组整合矿井地质报告》；
2、《山西煤炭运销集团梅花沟煤业有限责任公司物探电法勘察工程报告》
3、《采掘工程平面图》、《矿井充水性图》；
4、《煤矿安全规程》；
5、《煤矿防治水规定》（2009年12月1日）。
（三）井下探放水孔布置
8101工作面沿2101运输顺槽方向标高中间低两边高，5101回风顺槽高于2101运输顺槽，主要面临的威胁是上覆10#、8#煤层采空区积水，本次探放水主要以这两个煤层为目的。
后附11#煤层采掘工程平面示意图。
1、探放水范围：
在工作面垮落区影响范围内布置一定量的钻孔，以将该范围内积水放出。
2、钻孔间距确定：
拟定5101回风顺槽内布置3个钻孔，孔间距50m，2101运输顺槽内布置5个钻孔，4#孔距5#孔间距50m，5#孔距7#孔50m，5#孔距6#孔间距1m，,7#孔距8#孔间距1m。
后附钻孔布置示意图
单个钻孔垂直面剖面示意图
表1施工钻孔参数
位置
孔号
孔深（m）
倾角（º）
方位角（º）
垂高（m）
探至10#煤层最大孔深
探至8#煤层最大孔深
5101回风
顺槽
1#
17
50
165
11#煤层与10#煤层层间距取最大值13m；
11#煤层与8#煤层层间距取最大值56m。
73
2#
17
50
165
73
3#
14
60
165
60
2101运输
顺槽
4#
17
50
345
73
5#
17
50
345
73
6#
8
60
165
65
7#
17
50
345
73
8#
17
50
165
73
注意：
以上各钻孔参数应根据现场施工情况及出水情况进行修正。
2、施工顺序
2101运输顺槽由里向外（即由西向东）施工；
5101回风顺槽由外向里（即由东向西）施工。
3、钻孔结构
探放水工程的钻孔位置见钻孔平面布置示意图及表1，5101回风顺槽布置3个钻孔，2101运输顺槽布置5个钻孔，总计工程量563m以上。
探放水钻孔结构见表2。
表2探放水钻孔结构表
开孔孔径
终孔孔径
孔口管尺寸
导水管尺寸
钻孔参数
115mm
65mm
89mm×6m
73mm×30m
参见表1
4、钻机
ZY-1250煤矿全液压钻机
生产厂家：
煤炭科学研究总院重庆研究院
钻进深度200米
钻杆直径φ50mm
钻杆长度800mm
钻孔直径开孔直径φ115mm，终孔直径φ65mm
钻孔倾角-90º~+90º
额定扭矩350N.m
电机功率22KW
电机电压380/660v
需要注意的是钻孔施工过程中，由于探8#煤层需要经过10#煤层，钻孔施工过程必须加导水管，根据钻孔仰角及开孔处距离10#煤层顶板最大垂直距离，计算导水管长度约16~20m。
导水管长度计算：
L=（H+h）/Sinɑ
式中：
ɑ—钻孔仰角；
H—11#层与10#层最大层间距，13m；
h—10#层煤厚度，取最大值1.98m；
L—导水管长度，m。
需要说明：
由于缺乏准确的10#、8#煤底板等高线资料，表1中钻孔垂高只是11#层顶板距离10#层底板、8#层底板的大致距离，实际施工中钻孔只要进入到8#层采空区即为终孔，导水管长度依据实际钻孔到10#层顶板孔深距离而定，故表1中钻孔设计深度、导水管长度应根据现场实际钻探情况为主。
四、探放水施工
（一）工程内容
1、开孔，预埋孔口管后安装压力表、闸阀、防喷装置，并进行注水承压试验。
（1）开孔。
开孔前要标定钻机定轴方位和倾角，然后用φ50mm钻杆接φ115mm钻头开孔。
钻进至6m（11#层与10#层层间距6~13m，平均10m，止水套管长取6m）时停钻，准备下止水套管。
由公式L=H/sinα，可求得止水套管的取值范围。
式中L--止水套管的长，m
H--11#层与10#层层间距最小值6m
α---钻孔仰角
通过计算可得：
当α=60º时，L=6.9m
当α=50º时，L=7.8m
因此止水套管长取6m。
（2）注浆固定套管。
将φ89mm长6m止水套管前方接φ89mm锯齿钻头，边回转边下入孔内，在下入最后3m套管时要缠上棉纱，在制浆容器内制好水泥浆，要求水泥浆的水灰比为1:
1.2，然后用注浆泵将水泥压入套管内，当水泥浆由套管外环间隙返浆到孔口时，停止注浆，用碎布捣实。
停1小时后再补注一次。
（3）测压。
固管水泥养护24小时后，用φ75mm钻头将套管内水泥柱扫清，套管外口接测压装置测水压，直到套管内水压达到0.5MP时停止测压。
如测压时压力值达不到0.5MP而套管外即漏水，需采取注浆加固补救措施。
2、耐压试验合格后，套管外端依次用法兰盘接4吋球形高压闸阀、空口密封装置（防喷装置），然后用φ50mm钻杆接φ87mm钻头下入孔内，进行钻探。
3、到达预定位置10#层时,若钻孔出水，要控制出水量进行放水。
4、测量水温、气温，检查瓦斯、二氧化碳等有害气体。
5、关闭阀门，测量水压；
6、打开阀门，进行疏放水。
7、到达预定位置10#层时,若钻孔无水，要继续钻进到8#层底板超前10m（11#层与10#层层间距6~3m，平均10m。
导水管长取30m），下入φ73mm导水管并固定，然后用φ50mm钻杆接φ65mm钻头下入孔内，进行钻探至8#层采空区。
若钻孔出水，要进行疏放水。
（二）施工要求
1、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。
为了保证电话畅通，每班开工之前，施工人员必须先与调度电话联系一次，电话不通不准开钻施工。
2、钻探过程中应严密监测钻孔返水情况、水量突然增大、顶钻等现象发生时，必须立即停止钻进，但不得拔出钻杆。
关闭孔口闸阀，测量水压，并立即向矿调度室汇报，派专人监测水情。
情况危急时，必须立即撤出受水威胁人员。
3、钻孔探到水后，应根据矿井排水能力及水仓容量，控制放水孔的流量或调整排水能力。
（三）施工程序
钻孔的施工程序为：
钻孔定位→开孔钻进至止水套管设计深度→下入止水套管注浆固定→浆液凝固后钻进至10#煤层顶板超前一段→下导水管→继续钻进至设计层位。
施工工艺框图后附钻孔示意剖面图
（四）施工工艺
根据相关规程要求，本工程探放水止水管径Φ89mm，长6m，变径套管管径Φ73mm，长度按钻孔实际揭露10#煤层底板深度计算，再变径为Φ65mm钻头，钻进至8#煤层采空部位。
本工程钻探施工工艺如下：
1、钻机设置及角度调整（施工钻孔角度的给定）：
按设计的方位角及倾角给定。
采取量角器、罗盘调整倾角，三角函数计算距离法调整方位角并用量角器、罗盘校验。
2、孔口管固管工艺
（1）开孔。
开孔前要标定钻机定轴方位和倾角，然后用φ50mm钻杆接φ115mm钻头开孔。
钻进至6m时停钻，准备下止水套管。
（2）注浆固定套管。
将φ89mm长6m套管前方接φ89mm锯齿钻头，边回转边下入孔内，在下入最后3m套管时要缠上棉纱，在制浆容器内制好水泥浆，要求水泥浆的水灰比为1:
1.2，然后用注浆泵将水泥压入套管内，当水泥浆由套管外环间隙返浆到孔口时，停止注浆，用碎布捣实。
停1小时后再补注一次。
（3）测压。
固管水泥养护24小时后，用φ75mm钻头将套管内水泥柱扫清，套管外口接测压装置测水压，直到套管内水压达到0.5MP时停止测压。
如测压时压力值达不到0.5MP而套管外即漏水，需采取注浆加固补救措施。
3、钻进方法：
采用复合片或金刚石钻头钻进，冲洗液采用清水，有塌孔现象时可改用泥浆泵。
4、钻孔施工时开孔口Φ115mm至孔深6m，下入长6m、Φ89mm止水管，固管后缩进用Φ87钻头钻进至10#层顶板下入Φ73mm导水管（长度视实际情况定），在相对完好的岩层内再用Φ65mm钻头钻进至8#煤层采空区。
6、根据设计要求，钻孔开孔方位及倾角偏差应≤3°。
7、钻进施工过程中随时做好水文地质原始记录。
（五）排水系统设计
全矿井正常涌水量13.25m3/h，最大涌水量29.9m3/h。
井下设有中央水泵房、中央水仓，水仓总容积746m3。
1、矿井中央水泵房选用DF80-30×9型离心水泵3台及配套电动机，功率55kw，额定流量为43m3/h,扬程270m。
排水管选用φ89×4mm无缝钢管，沿混合提升斜井敷设两趟排水管路至地面；两趟排水管路一趟工作，一趟备用。
根据初步设计矿井最大涌水量29.9m3/h，正常涌水量13.25m3/h，可以满足矿井正常排水要求。
根据矿井联合排水试验，两台水泵工作，排水能力85.5m3/h，则矿井最大排水时富余水量为55.6m3/h。
2、采区水仓设置在东运输巷中部，选用DF80-30×5型离心水泵2台，正常涌水时一台工作，一台备用。
额定功率30kw,额定流量为43m3/h,扬程150m。
排水管选用φ108×4mm无缝钢管，沿东运输大巷、集中运输大巷敷设一趟排水管路至主水仓。
3、2101运输顺槽建有临时水仓一个，水仓容积2m3，配备有QY2.2型水泵1台，敷设1趟Φ50mm的排水管。
2101顺槽积水排至采区水仓。
4、5101回风顺槽东头低洼处建临时水仓一个，水仓容积2m3，配备QY2.2型水泵1台，沿5101顺槽经风桥、东回风巷至采区水仓敷设1趟Φ50mm的排水管。
5101顺槽水排至采区水仓。
主排水泵房双回路660V电源引自井下变电所660V不同母线，一回路工作，一回路备用。
针对目前情况，探放上覆采空区水期间，钻孔放水量应控制在不超过43m3/h。
如遇放水量大，采区水泵房1台水泵不能满足排水需要时，在探水巷道中须铺设一趟φ108排水管至主水仓，直接排水至主水仓。
矿井排水路线设计为：
放水孔→软管→采区水仓→φ108排水管→主水仓→地面。
放水工程须避开雨季进行，以减少风险，并且用放水孔装置控制放水量。
（六）施工技术要求
1、确定钻孔位置时，严格按设计进行标定，负责施工的人员必须亲临现场，共同标定钻孔的位置、方位、角度。
开孔后再进行钻孔方位、角度校正，确保无误后方可钻进。
未经设计部门地质人员同意，不得擅自变改。
2、钻机安装前必须详细检查施工巷道的支护是否安全可靠，如有安全隐患，先支护好后再安装。
3、揭露采空区积水之前，安装防喷装置后，方可继续钻进。
4、若发现孔内岩层松动、来压、见水或孔内水量、水压突然加大或顶钻时，必须立即停钻，关闭孔口闸阀，测量水压，准备上防喷装置，严禁顶水钻进。
并向矿调度室、技术部门及时汇报，妥善处理。
5、钻探过程中应严密监测钻孔出水情况，情况危急时，必须立即撤出受水威胁区域人员。
6、钻孔探到水后，应根据矿井排水能力及水仓容量，控制放水孔的流量或调整排水能力。
（七）施工后的要求
1、施工完毕后，必须按照规定程序拆卸钻杆，不许反转电机。
2、手拉手交接班，交接班时把打钻情况向下一班交清说明。
3、钻孔内有水放水完后，观察泄水孔的泄水情况，无水可以及时封孔，封孔材料为水炮泥或树脂材料，封孔深度不小于1m。
4、当班水文地质技术员对负责本班钻探记录，要求记录清晰，内容齐全完整，把当班的打钻情况描述清楚，如岩性、煤层结构、顶板岩性、有无裂隙、涌水、采空等详细记录上表。
对打完封好的钻孔，应用红油漆标记注明、编号，并在探水孔牌板上写明探水孔所有情况，包括方位、倾角、深度、日期、孔径等。
钻探记录台帐
钻孔编号：
钻孔参数：
时间：
施工人员：
终孔深度：
终孔层位：
序号
时间（最长不得超过半小时记录一次，若有异常或变化，应加密记录）
钻杆数
总进尺
层位（岩性及
返水颜色）
备注（异常声响、返水量、有无异常）
验收人员意见：
5、安全保障措施
（一）安全管理组织机构
1、组织机构
组长：
何志强（董事长）
常务副组长：
邢军（总经理）
副组长：
王东升（总工程师）赵彦著（安全副经理）
李万成（生产副经理）张武杰（机电副经理）
刘建强（通风副经理）
成员：
康信高德明孙卫平李万宝史秀
2、管理机构
组长：
王东升
成员：
康信高德明孙卫平李万宝史秀
技术员：
史秀
探放水工作人员：
梅花沟煤业探放水队；分三班，每班3人。
探（放）水钻探：
由3名打钻工和一名水文地质技术员组成，现场负责打钻和记录工作。
建立健全管理体系，建立以总经理为首的安全领导小组，坚持管生产必须管安全的原则，健全岗位责任制，从组织上、制度上、防范措施上保证施工安全生产，做到规范施工，安全操作。
（二）安全保障体系
1、总工程师：
全面负责安全、质量及技术工作。
2、技术负责人：
具体负责施工现场的安全工作，现场技术员兼职现场安全员。
3、工程负责人：
具体负责施工队组的施工工作。
4、施工班长：
具体负责本班的施工安全及质量。
（三）安全保障措施
1、入井安全措施
（1）所有参加施工的人员下井作业时，必须遵守《煤矿安全规程》和矿有关安全规定。
（2）下井工作人员必须至少有两人一同下井，不得单独行动，未经许可，不得进入活动范围以外的区域。
（3）所有参加施工人员必须熟悉水灾、火灾、有害气体等井下避灾路线。
（4）入井人员必须自觉遵守安检部门的检身制度。
（5）所有设备、材料入井，必须遵守：
设备、材料入井装车时，必须捆绑牢靠。
电气设备入井前应由机电部门检查安全性能，合格后方可入井。
2、生产安全措施
（1）施工现场必须配备一名瓦斯检查员和一名安全员。
（2）探放水期间，瓦斯检查员要巡回检查探放水区域及钻孔内有害气体涌出情况，严禁在有害气体超限时从事作业。
（3）探放水期间，安全员要对探放水地点的顶板及两帮以及整个探放水区域的安全进行监督和检查，发现问题及时处理。
（4）电气设备安装必须由专职电工操作。
（5）绝对禁止带电检修电器设备，检修电器设备时，必须悬挂“有人作业，禁止送电”的标牌，并由专人负责，检修完毕后，方可进行送电。
（6）保持工作现场电器设施、设备摆放整齐，电缆悬挂整齐，材料码放整齐。
（7）不得入井睡觉，不得随意在井下打闹嬉戏。
（8）施工人员必须集中精力，随时观测工作环境的变化情况，发现问题及时处理和汇报。
（9）避灾路线
2101运输顺槽→东运输大巷→集中运输大巷→混合提升斜井→地面
8101工作面切眼→2101运输顺槽→东运输大巷→集
5101回风顺槽中运输大巷→混合提升斜井→地面
东回风大巷→集中回风大巷→回风斜井或混合提升
斜井→地面
3、其它未尽事项，执行《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》有关规定。
六、工程材料
本次探放水工程的设计8个钻孔，工程量为563m。
所需导水管长度约为8x30=240m，止水套管长度约8x6=48m，闸阀、直通阀、大三通、压力表、压力环、V型环、防喷装置等每个钻孔各1个，注浆泵1台，孔口管固定需水泥1吨，软管500m，变径接头10个，棉纱等。
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