1511轨道石门钻探设计.docx

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1511轨道石门钻探设计

1511轨道石门钻探（水、瓦斯）设计

一、1511轨道石门施工概述

1511轨道石门在主副井中间联络巷中开门施工，开门点标高+1772，穿层掘进施工平巷，方位3160，长度120m，坡度3‰，与风井中的1511回风斜巷贯通作为1511采面的轨道巷用，主要担负1511采面的运料、行人。

该巷道位于龙潭组上段中上部，开门点在M18，进入M18煤层底板后穿层掘进平巷，直至揭露M51煤层。

掘进施工中岩层为泥质粉砂岩、粉砂岩。

附巷道位置平面图。

二、水文地质情况

根据《贵州省大方县龙山煤矿勘查地质报告》：

矿区地形切割强烈，侵蚀基准面较低。

地质构造复杂程度定为简单型。

煤层上覆含水层较弱，汇水面积较大，水文地质条件质条件为中等。

该巷道右侧为主井筒，左侧为副井筒，上部为采空区。

井筒淋水及采空区积水均已下泄排出，因此该井巷施工中突水的可能性不大，水源以裂隙-岩溶充水为主，大气降水为区内主要间接充水水源。

预计最大涌水量：

0.5m3/h。

三、瓦斯地质情况

矿井M18煤层瓦斯等级鉴定矿井为高瓦斯矿井，M18煤层突出鉴定无突出危险性。

2011年鉴定矿井绝对瓦斯涌出总量为1.21m3/min，掘进工作面绝对瓦斯涌出总量为0.98m3/min。

该巷道布置在M18和M51煤层之间岩层中，瓦斯含量低，但遇地质构造带时瓦斯将通过岩石裂隙涌出，瓦斯含增大，该掘进工作面按矿井绝对瓦斯涌出总量对待。

M18和M51煤层自燃倾向分类为三类，不自燃煤层，煤尘无爆炸性。

无地温异常现象，属正常地温矿井，开采煤层埋藏深度不大，围岩见因坚硬程度中等，不受冲击地压影响。

M51煤层瓦斯等级鉴定工作未开展，其上部是M18煤层采空区，本煤层瓦斯压力以通过M18解放层释放，无突出危险性。

但在未进行煤与瓦斯突出危险性鉴定前，按煤与瓦斯突出矿井进行设计及管理。

施工期间必须严格执行防治煤与瓦斯突出的各项措施。

四、钻探原则及目的

该巷道开门点在M18，进入M18煤层底板后穿层掘进平巷，直至揭露M51煤层。

M51煤层未做煤与瓦斯突出危险性鉴定，按煤与瓦斯突出矿井管理。

穿层掘进过程中虽无含水地层，但区内地表水可通过断层、裂隙导入井下。

因此，采掘工作必须执行“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”及“有疑必停”的前探原则。

通过有效的前探工作，达到以下目的：

1.探明断层等地质构造带裂隙水积水线的确切位置及涌水量，便于及时合理地制定防治水方案，避免水灾事故的发生；

2.探明井巷前方煤层、地质构造带等的确切位置及瓦斯涌出量，便于及时有效地实施煤与瓦斯突出防治措施，避免突出事故的发生；

3.探明井巷前方煤层、地质构造带等情况，也便于及时有效地制定并落实各项特殊的安全技术措施。

五、钻探超前掘进安全岩柱的留设

1.探防水害超前岩柱的留设

参照下述煤柱宽度计算公式留设防治水措施超前岩柱：

L=

式中：

L——顺层防水煤（岩）柱宽度（m）；

M——煤层厚度或采高（m）取最大高度M=1.89m；

KP——煤层的抗张强度KP取10MPa；

P——水头压力，P=50MPa；

K——安全系数，一般取2～5，本次设计取5。

则：

L=0.5×5×1.89×

=18.29m

根据上述计算，并结合实际情况，积水区或导水断层留设20m防水岩柱。

2.探防突出超前岩柱的留设

根据防突规定，按防治水超前岩柱留设标准执行，为20m超前岩柱。

即：

进行超前钻探工作时，前探钻孔要始终保持超前掘进工作面≮20m。

六、前探钻孔布置设计

A、前探钻孔布置方式

前探钻孔一般布置5个，钻探工作面的中间、顶底板和两帮各一个（加密钻孔的的布置根据情况另行规定）。

中孔平行与掘进巷道顶、帮，顶底板和两帮的钻孔按照规定的帮距与中孔按一定的夹角呈扇形布置。

B、超前距、允许掘进距离、帮距和密度

设计优先采取探90m掘70m，留20m超前距离的方式边探边掘，钻探时首先施工中眼，然后根据中眼施工的长度再计算周边眼的长度和与中眼的夹角。

附：

探水孔超前距、帮距、允许掘进距离及钻孔布置示意图

超前距：

本设计是在岩层中掘进，超前距离为20m。

允许掘进距离：

每次探放水钻孔完毕后，以最短的钻孔长度（水平投影长度）减去超前保护距离之后剩余的距离。

帮距：

最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离，其值应与超前距相同。

钻孔密度：

指到允许掘进距离的终点处的探水钻孔之间的距离，一般为帮距。

如发现透水迹象或有透水预兆时，必须采用加密钻孔的方法进行探访水，钻孔密度一般不得超过3m。

探水钻孔采取深孔、中孔和浅孔相结合布置，其布置方式、数量和夹角大小如下图（一般分大夹角与小夹角两种，大夹角钻孔夹角为7～15°，小夹角为1～3°）。

七、钻探设备选择

1）钻探设备选择依据

所配备的钻探设备必须能同时用于井下探水、放水，探瓦斯、抽排放瓦斯，必须有防爆及获得煤安标志。

其选择的主要依据是钻孔直径及钻探长度，所需钻机还应能适应围岩力学性质等。

2）钻探设备及数量

配备ZY-750型以上全液压坑道钻机2台，1台工作，1台备用。

配备金刚石复合片（PDC）钻头，其主要技术参数：

钻孔深度（m）：

≥150；

钻杆直径（mm）：

50；

钻头直径（mm）：

75；

钻孔倾角（º）：

-90～+90；

输入速度（r/min）：

80/170；

功率（kw）：

≥18.5。

八、探放水安全技术措施

1、探放水原则

矿井必须作好水害分析预报，坚持“预测预报、有掘必探，先探后掘、先治后采，有疑必停”的探放水原则。

2、探放水注意事项

（1）安装钻机探水前，要遵守下列规定：

①加强钻场附近的支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板。

②清理巷道、挖好排水沟。

探水钻孔位于巷道低洼处时，必须配备与探放水量相适应的排水设备。

③在打钻孔地点或附近安设专用电话。

④测量和防探水人员必须亲临现场，依据设计，确定主要探水孔的位置、方位、角度、深度以及钻孔数目。

（2）预计水压较大的地区，探水钻进之前，必须安好孔口管和控制闸阀，进行耐压试验，达到设计承受的水压后，方可继续钻进。

（3）钻孔水压过大时，采用反压和有防喷装置的方法钻进，并有防止孔口管和煤（岩）壁突然鼓出的措施。

（4）钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异常状况时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人应立即向调度室报告，并派人监测水情。

如果发现情况危急时，必须立即撤出所有受水威胁的人员，然后采取措施，进行处理。

（5）探放积水前，首先要分析查明积水体的空间位置、积水量和水压。

同时，必须提前撒出可能受探水作业点突水威胁的其它采掘工作面和其它工作地点的所有人员。

积水高于探放水点位置时，只准用钻机探放水。

探放水孔必须打中积水体，并要监视放水全过程，核对放水量，直到积水放完为止。

钻孔接近积水区，预计可能有瓦斯或其它有害气体涌出时，必须有瓦斯检查员或矿山救护队员在现场值班，检查空气成分。

如果瓦斯或其它有害气体浓度超过规程规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告矿调度室，及时处理。

（6）在钻探过程中，如发现孔内显著变软，沿钻杆向外流水等透空征兆时，应立即停钻，旋紧安全套管上的钻杆卡，切勿移动和起拔，钻机后面严禁站人，以免有害气体和大量积水突然涌出或高压水将钻杆顶出伤人。

待检查各项措施并加固迎头等工作进行完毕后再行放水。

（7）进行探放水施工作业前,必须提前撒出可能受探水作业点突水威胁的其它采掘工作面和其它工作地点的所有人员。

3、巷道维护制度：

（1）必须对有突水征兆地点打探水眼地点附近巷道加强支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板。

不得在临时支护下作业。

（2）每次打探水钻之前，必须把全井巷道和水沟清理畅通，确保行人安全和流水畅通，水仓容水量大。

4、通风方法和瓦斯检查制度：

（1）探水巷道采用局扇压入式通风或全负压通风，不得停风。

（2）瓦斯检查制度；

①、钻探负责人及安全管理人员入井必须携带便携式瓦斯检测报警仪，瓦斯检查员必须携带带光学瓦斯检测仪。

②、钻探作业时，必须有瓦斯检查员在场随时检查瓦斯情况。

③、瓦斯检查的内容包括：

CH4、CO2、CO浓度、温度及通风设施的完好情况。

发现瓦斯变化异常必须及时采取措施进行处理。

5、钻孔放水措施：

当进行探水时，发现前面存在水体，要采取以下钻孔放水措施：

（1）钻孔放水前，必须估计积水量，根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水流量；放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量、水压，做好记录。

若水量突然变化，必须及时处理，并立即报告矿调度室。

（2）受水威胁的地区，要暂时停止作业。

（3）放水时，如发现钻孔中出现淤泥、煤岩堵塞钻孔、水量减少或无水等情况时，要提高警惕、防止假象，不可轻易作出“无水”或“已放干”的结论。

（4）放水后如继续掘进，仍要坚持“边探边掘、不探不掘”的原则，要特别注意防止小量布袋子水突然涌出伤人。

（5）注意检查放水地点的瓦斯、及有毒有害气体的变化情况，发现问题及时处理。

（6）任何情况下，严禁用放炮的方法进行放水。

（7）注意掌握“水位越高、水压越大、水量越多”的规律，执行下行分段放水的经验，把高水位积存量大的积水区划分成若干段，由上向下，一段一段的探放水老空水或疏干地层水，即可化整为零。

（8）严格鉴定放水效果，放水工作应尽量避免在雨季进行。

放水终了时将会出现下列一些现象：

a、完全不淌水，向里进风或向外出风；b、水流始终不断，但没有压力；c、捅捣时有小水流，不捅捣时无水。

这时可停止放水，继续进行掘进工作。

九、探排放瓦斯安全技术措施

必须严格落实突出危险性预测、制定并实施突出防治措施、对实施的防突措施进行效果检验、制定并实施综合防护措施“四位一体”的综合防突措施，做到“不采突出面、不掘突出头”，并严格执行瓦斯抽排放的有关规定。

1、探排放瓦斯工作首先要严格按照探放水的安全技术措施和规定操作。

2、前探钻孔探明煤层时，要在采掘工程平面图中标出其具体位置，距煤层法线距离10m时，要打2个穿透煤层的钻孔，发现钻孔内有喷瓦斯现象时，必须停止一切工作，切断井下一切电源，汇报处理。

在石门工作面距煤层5m（垂距）以外，打2个穿透煤层全厚的测压（预测）钻孔，测定煤层瓦斯压力和钻屑瓦斯解吸指标。

压力表数≥0.74MP就为突出危险工作面，反之为无突出危险工作面；或者当钻屑瓦斯解吸指标超过下表中的任一临界值指标时，该石门工作面就为突出危险工作面，反之为无突出危险工作面。

预测煤巷掘进工作面突出危险性临界值表

△h2

（Pa）

最大钻屑量（Smax）

K1

危险性

kg/m

L/m

mL/（g·min1/2）

≥200

≥6

≥5.4

≥0.5

突出危险工作面

<200

<6

<5.4

<0.5

无突出危险工作面

附：

测压钻孔布置图

3、采取的防突措施：

首先采取排放钻孔排放的方案处理，如效果不明显必须进行瓦斯抽放。

A、采取打排放钻孔排放瓦斯时，井巷回风口排放瓦斯浓度≯2.5%。

施工排放钻孔时，距煤层法线距离≥3m，且要加强通风，必要时采取增设风机的方法加大供风量，使工作面瓦斯浓度≯0.8%。

采用钻孔排放瓦斯措施时，排放钻孔的布置要求为：

排放钻孔布置在石门周界外8m的煤层内，排放钻孔直径为Φ75mm，钻孔间距根据实测的有效排放半径确定，暂按2-3m考虑。

附：

石门揭煤工作面排放钻孔布置图

B、采用瓦斯抽放时，距煤层法线距离≥3m时，至少要打5个穿过煤层的钻孔，钻孔穿过煤层≮2m，安装不少于两块瓦斯压力测试表，工作面正前方的中孔和两侧的边孔为抽放措施孔，其余两个孔为抽放效果检验孔，检验孔深应小于或等于措施孔，并应布置在两个措施孔之间。

措施孔终孔间距为12-15m,检验孔终孔距中孔间距为8-10m。

抽放效果不明显时适当加密措施孔。

各孔中插入Φ20mm的钢管，并用灰浆封实钢管与钻孔之间的空隙，封孔长度到钻孔的见煤点。

然后在措施孔接通瓦斯抽放管抽放瓦斯；在检验孔安装压力表检测瓦斯压力，压力表要在检验孔施工完毕24小时内安装完毕。

压力表与钢管、抽放管钢管的连接必须严密，严禁漏气。

各孔中插入Φ20mm钢管的长度要穿过揭露的煤层，插入煤层的部分每隔200mm要钻透两个Φ3-5mm的小孔，便于瓦斯通过小孔进入钢管。

附：

掘进揭煤工作面抽放措施孔及效果检验孔布置图

1—抽放措施孔；2—措施效果检验孔；3—揭煤工作面

3、防突措施的效果检验：

a、采用测瓦斯压力检验措施效果时，距煤层法线距离≥3m时，打5个穿过煤层的钻孔，钻孔穿过煤层≮2m，安装不少于两块瓦斯压力测试表，压力表数＜0.74MP时为无突出危险；压力表数≥0.74MP必须要继续采取防突措施。

b、采用钻屑指标检验措施效果时，检验孔布置4个，其中石门中间1个，位于措施孔中间，其它3个孔位于石门上部和两侧，终孔位置位于措施控制范围的边缘线上。

效果检验的各项指标在石门揭煤工作面突出危险性临界值表中数值以下，措施有效。

石门揭煤工作面突出危险性临界值表

钻屑

种类

钻屑解吸指标临界值

△h2（Pa）

K1（mL/g·min1/2）

干煤

200

0.5

湿煤

160

0.4

4、放炮揭露煤层时执行如下规定：

a、井下必须撤出所有人员、停止一切供电，主副井口50m范围内不得有人、更不得有明火。

b、使用段发电雷管，工作面一次装药、一次联线、全断面爆破。

c、放炮后等30分钟后方可检查爆破情况。

放炮及设警点均在地面距井口50m以外的其安全地点。

5、揭露煤层后，在揭露点向四周施工前探钻孔，钻孔密度为0.5m一个，扇形布置，沿煤层施工，长度不得低于30m。

钻孔施工中发现异常情况，必须停止工作，撤出人员切断井下所有电源，汇报处理。

异常情况是指有下列突出预兆时：

（1）打钻时出现卡钻、顶钻、喷孔、钻屑量倍增等。

（2）迎头来压，出现片帮、底鼓、煤体内出现声响等。

（3）CH4浓度忽高忽低或CH4涌出量骤然猛增等。

（4）煤体变软，软分层增厚，不规则、变暗无光泽，层理紊乱，煤体变凉，煤层突然变薄、缺失或增厚等。

如无异常情况则继续执行远距离放炮，直至全部揭露煤层。

6、揭煤工作要矿级领导、专职安全员、瓦检员在现场实施监察，严格执行防突措施及效果检验，严防弄虚作假，确保防突各环节的质量，严禁违章指挥、违章作业。

7、其它安全防护措施

（1）矿井入井人员，必须随身携带隔离式自救器；

（2）瓦检员必须坚守工作岗位，做到勤检多检，严禁瓦斯超限作业；

（3）每隔50m设立一组压风自救系统，防止一旦发生煤与瓦斯突出时，可以采取压风自救措施，保障人员安全。

a、压风自救系统安设在井下压缩空气管路上；

b、每组压风自救系统可供5～8人使用，压缩空气供给量，每人不得少于0.1m３/min；

c、压风自救系统必须派专人维护，确保设备完好、风量足够，且要求24小时随时可以使用。

（4）石门掘进在距煤层法距20m时，矿井应循环打钻施工地质探测孔控制层位，防止误穿突出煤层或构造。

（5）严格按有关操作规程进行操作，严禁违章指挥、违章作业。

附：

石门揭煤工艺流程图

十、其它规定

钻探队每次钻探前必须认真学习钻探设计，按规定布设前探钻孔，确保顶帮距在18-20m之间。

仔细收集钻探资料、清点钻杆数量、计算钻探长度，认真填写前探记录簿。

钻探结束清理钻探设备、工具，放到指定地点，并按规定进行维护保养。

附：

坑道钻机操作规程