探放水工程设计

1一、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。211#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：错误!未找到引用源。=20×√3.0+10=44.6H－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3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）。4（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5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#175016511#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。732#1750165733#1460165602101运输顺槽4#1750345735#1750345736#860165657#1750345738#175016573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。6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115mm65mm89mm×6m73mm×30m参见表14、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；7L—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，mH--11#层与10#层层间距最小值6mα---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8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9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。10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。钻进至止水套管深度钻进至10号煤层顶板超前一段钻孔定位开孔口下止水套管并注浆固定钻进至设计层位下导水管，并固定112、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。12（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