沿空送巷探放老空水设计说明.docx
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沿空送巷探放老空水设计说明
3303上顺槽探放老空水设计说明
二０一七年六月十日
3303上顺槽探放老空水设计说明
编制：
审核：
科长：
地测副总：
总工：
二〇一七年六月十日
3303上顺槽探放老空水设计说明
3303上顺槽掘进工作面前上方为3301采空区，该采空区内积存有大量积水，对即将施工的3303上顺槽掘进工作面构成威胁。
为了确保施工人员安全，保证矿井安全生产，杜绝水害事故发生，根据《煤矿防治水规定》、公司有关文件要求，编制本设计。
一、概况
1.3303上顺槽掘进工作面在井下的位置
3303上顺槽掘进工作面位于###矿33采区，3303上顺槽在3301采空区下部。
从3301一川334#测点向里9m为起点，沿二1煤底板掘进，掘进方位89°～124°。
2.3303上顺槽掘进工作面有关支护参数
3303上顺槽掘进工作面总长度506.6m，巷道净断面4482（净宽）×3000mm（净高），采用U29型钢支护,支护规格宽×高=4482×3000mm，棚距500mm；棚上铺塑带编制网配背木背帮顶，网规格长×宽=10000×1000mm，背木规格φ50×700mm，背木间距400mm。
3.3303上顺槽掘进工作面地质概况
3303上顺槽掘进工作面的煤层为二叠系山西组二1煤层，平均煤厚8.27m。
煤层走向变化较大，煤层走向变化范围5°～91°。
煤层倾角16°～18°，平均倾角17°。
遇断层时煤层局部倾角变化较大。
该掘进工作面沿煤层走向掘进，掘进中将遇小断层，根据上部原3301工作面实测地质资料，主要影响3303工作面的断层有以下几条，见附表1。
附表1：
预计将影响到3303上顺槽掘进工作面的断层
断层编号
倾向（°）
倾角（°）
落差（m）
IIF01
122
68-70
3.0
ⅢF96
117
70
7.0
ⅢF145
276
60
1.2
ⅢF45
123
65
3.0
ⅢF142
142
45
1.5
从3301工作面掘进、回采地质资料以及延深地区的三维地震勘探资料分析，预计3303上顺槽掘进工作面无岩浆侵入体、陷落柱及河流冲刷带。
4.3303上顺槽掘进工作面水文地质概况及分析
⑴采空区积水概况
原3301工作面中间被断层抬高，而两端较低，采空区积水主要分布在两端，外段积水面积约4534m2，积水量根据老空积水公式计算约5547m3；里段积水面积约6300m2，积水量根据老空积水公式计算约7707.8m3（计算过程见“二、3303上顺槽掘进工作面水文地质条件”）。
3303上顺槽掘进工作面与3301工作面之间的隔离煤层平均厚度仅1.5m，如果不进行疏放，3301采空区积水有可能会对3303上顺槽掘进造成突水威胁。
⑵水源分析
①顶板砂岩水：
3301工作面回采放顶后，S10顶板砂岩水随裂隙进入该工作面，经过实测顶板砂岩水以滴淋水为主，顶板砂岩水正常涌水量5m3/h，最大涌水量10m3/h。
②注浆水
3301工作面回采结束后，进行过防灭火注浆，注浆水受管路阀门控制，目前注浆工作已基本结束。
二、3303上顺槽掘进工作面水文地质条件
1.积水范围、积水标高、探水警戒线、积水水质情况
⑴3301工作面老空区外段积水区
从3301外段工作面一川336#测点里20m处开始，积水长度196m，积水水平投影面积为4534m2。
3301工作面外段的老空积水外缘标高为-475m，（依据：
3301工作面采空区顶板淋水及注浆水流至3301下顺槽位置，填平低洼处后，沿3301下顺槽底板外流，最终从3301下顺槽口密闭墙底预埋的泄水管流出。
外段积水区与密闭墙之间老巷底板最高处为-475m）。
3301工作面老空区外段积水最低处标高-480.5m。
⑵3301工作面老空区里段积水区
从3301里段工作面切眼起向外40m段，积水长度190m，积水水平投影面积为6300m2。
3301工作面老空区里段的积水外缘标高-474.1m，（依据：
3301工作面采空区顶板淋水及注浆水流至3301下顺槽位置，填平低洼处后，沿3301下顺槽底板外流，最终从3301下顺槽口密闭墙底预埋的泄水管流出，里段积水区与密闭墙之间老巷底板最高处为-474.1m。
）3301工作面老空区里段的积水最低处标高为-479.7m。
⑶探水警戒线
积水线确定后，外推30m为探水线，探水线外推60m为探水警戒线，并绘制在矿井采掘工程平面图和矿井充水性图上。
⑷积水水质
二1煤顶板砂岩水和注浆水的混合。
2.老空积水充水水源、充水通道（途径）和充水强度
⑴3301工作面老空积水充水水源
二1煤顶板砂岩水（S10）以及防灭火注浆水。
⑵3301工作面老空积水充水通道
二1煤顶板砂岩水（S10）进入积水区的通道为3301工作面回采后顶板冒落破坏产生的裂隙；注浆水进入积水区的通道为注浆管路。
⑶3301工作面老空积水充水强度
3301工作面在回采期间，经过实测顶板砂岩水以滴淋水为主，全工作面最大涌水量10m3/h。
注浆水受管路阀门控制，目前已基本结束。
3.积水区预计积水量，动水量
⑴3301工作面外段老空水积水量计算
根据公式：
Q外=F×cscα×h×K,m3
F=采空区积水区的水平投影面积，取4534m2，
K=采空区或巷道的充水系数；采空区一般采用0.25-0.5，
取0.3
α=煤层倾角，取17°。
h=3301工作面下部采高，取3.9m。
经计算，Q外=5547m3
⑵3301工作面里段老空水积水量计算
根据公式：
Q里=F×cscα×h×K,m3
F=采空区积水区的水平投影面积，取6300m2，
K=采空区或巷道的充水系数；采空区一般采用0.25-0.5，
取0.3
α=煤层倾角，取17°。
h=3301工作面下部采高，取3.9m。
经计算，Q里≈7709m3
⑷动水补给量
3301工作面回采期间，经过实测顶板砂岩水正常涌水量5m3/h，最大涌水量10m3/h，因此预计动水量不大于10m3/h。
4.水头高度
3301采空区外段积水外缘标高为-475m等高线，3301下顺槽最低点底板标高为-480.5m，水头高度为5.5m，最大水压值理论计算为0.055Mpa；里段积水外缘标高为-474.1m等高线，3301下顺槽最低点底板标高为-479.7m，水头高度为5.6m，最大水压值理论计算为0.056Mpa。
三、探放水施工技术要求
1.探放水钻场的确定
因3301积水区下部无合适的岩巷，因此探放3301采空区积水在3303上顺槽煤巷中分14个钻场由外向内实施探放水工程。
（具体位置见设计）
2.探放水工作流程
附图13303上顺槽掘进工作面探放水工作流程图
煤巷队根据准掘通知书的要求安排施工，严禁超掘。
掘进到位后通知地测科和钻探队
钻探队按设计进行下一钻位的探放水作业，煤巷队要做好排水和其它配合工作。
3.探放水超前距
根据《煤矿防治水规定》、3303上顺槽煤层硬度、厚度、水压等因素分析，探放水超前平距不低于30m。
4.允许掘进距离
每次探放水结束后，地测科要对当次探水效果进行阶段性评价，评价无水害威胁后提交给总工；总工组织生产、安全、地测等部门进行审核；审核确定无水害威胁，地测科下达准掘通知书，写明准许掘进距离。
5.探放水钻机及钻具选型
探放水采用ZY-750型钻机及配套的钻杆、压柱、液压泵等设施，探放水钻头选用φ75mm复合片三翼钻头，数量不少于2枚。
6.探放水钻孔设计
探放水钻孔布置成组布设，共设计14个钻场，55个钻孔。
单孔设计技术参数如下：
附表2Ⅰ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进老空位置
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
Ⅰ—1
89
+7
30
75
1.2±0.3
1.5±0.3
-475.1
21
Ⅰ—2
89
+3
50
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-475.7
37
Ⅰ—3
62
+4
30
75
1.2±0.3
2.0±0.3
-476.1
22.4
Ⅰ—4
72
+3
41
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-476
33
Ⅰ—5
99
+8
40
75
2.0±0.3
2.0±0.3
-473.2
32.5
附表3Ⅱ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
Ⅱ—1
89
+2
60
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-476.9
43.8
Ⅱ—2
71
+1
35
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-477.9
28
Ⅱ—3
77
0
60
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-478.4
41.8
Ⅱ—4
99
+8
40
75
2.0±0.3
2.0±0.3
-474.3
30
附表4Ⅲ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
Ⅲ—1
89
+2
70
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-477.9
41
Ⅲ—2
75
0
51
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-479.3
29.8
Ⅲ—3
79
0
70
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-479.4
36.8
Ⅲ—4
99
+8
40
75
2.0±0.3
2.0±0.3
-475.6
26.5
附表5Ⅳ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
Ⅳ—1
89
+2
70
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-479.4
36.5
Ⅳ—2
74
0
50
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-480.6
20.5
Ⅳ—3
78
0
60
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-480.7
23.5
Ⅳ—4
99
+8
40
75
2.0±0.3
2.0±0.3
-477.2
24.5
附表6Ⅴ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
Ⅴ—1
89
+5
70.3
75
1.2±0.3
2.0±0.3
-478.3
46
Ⅴ—2
72
0
40
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-482.3
18
Ⅴ—3
77
0
52
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-482.3
18.1
Ⅴ—4
99
+10
40
75
2.0±0.3
1.9±0.3
-478.3
21
附表7Ⅵ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
Ⅵ—1
89
+5
45.1
75
1.2±0.3
2.0±0.3
-478.8
21
Ⅵ—2
98.5
+4
60.1
75
1.2±0.3
2.0±0.3
-478.1
36.5
Ⅵ—3
72
0
33
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-480.7
20.3
Ⅵ—4
99
+17
40
75
2.0±0.3
1.7±0.3
-474.3
27.5
附表8Ⅶ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
Ⅶ—1
124
+9
40
75
1.2±0.3
1.5±0.3
-474.9
47.5
Ⅶ—2
124
+19
20
75
1.2±0.3
1.0±0.3
-476.5
18
Ⅶ—3
112
+7
55.4
75
1.2±0.3
1.5±0.3
-478.1
35
Ⅶ—4
134
+17
40
75
2.0±0.3
1.7±0.3
-474.3
27.5
附表9Ⅷ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
Ⅷ—1
124
+1
70
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-478.2
43.5
Ⅷ—2
108.5
+5
40
75
1.2±0.3
2.0±0.3
-476.5
28.4
Ⅷ—3
112.5
0
45
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-479
33.3
Ⅷ—4
134
+12
40
75
2.0±0.3
1.7±0.3
-473.2
28.4
附表10Ⅸ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
Ⅸ—1
124
+1
70
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-478.3
3.5
Ⅸ—2
106.5
0
35
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-478.3
4.8
Ⅸ—3
111.7
0
45
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-478.3
6
Ⅸ—4
134
+4
40
75
2.0±0.3
2.0±0.3
-478.1
3.3
附表11Ⅹ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
Ⅹ—1
124
+5
70
75
1.2±0.3
2.0±0.3
-478.3
53
Ⅹ—2
109
+3
51
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-481.1
35.7
Ⅹ—3
113
+2
70
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-481.1
51.5
Ⅹ—4
134
+11
40
75
2.0±0.3
1.7±0.3
-477
30.8
表12Ⅺ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
Ⅺ—1
124
+5
70
75
1.2±0.3
2.0±0.3
-476.6
57
Ⅺ—2
108.5
+3
50
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-479.8
33.7
Ⅺ—3
112.4
+3
70
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-479.2
45.4
Ⅺ—4
134
+11
40
75
2.0±0.3
1.9±0.3
-475.62
31
附表13Ⅻ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
Ⅻ—1
124
+5
80
75
1.2±0.3
2.0±0.3
-474.5
65
Ⅻ—2
109.4
+3
55
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-478.2
37.5
Ⅻ—3
113
+3
75
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-477.8
44.3
Ⅻ—4
134
+13
40
75
2.0±0.3
1.7±0.3
-474.1
27
表14ⅩⅢ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
ⅩⅢ-1
124
+5
70
75
1.2±0.3
2.0±0.3
-473.8
47.3
ⅩⅢ-2
107
+1
50
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-477.8
33.4
ⅩⅢ-3
104
0
65
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-478
47.7
ⅩⅢ-4
134
+11
40
75
2.0±0.3
1.9±0.3
-473.1
25.6
附表15ⅩⅣ钻场钻孔设计参数一览表
钻孔编号
方位
（°）
倾角
（°）
深度
（m）
孔径
（mm）
孔口位置
预计进入老空处的标高和深度
距上帮（m）
距巷顶（m）
入老空标高（m）
入老空深度（m）
ⅩⅣ-1
124
+7
53.5
75
1.2±0.3
1.5±0.3
-473.2
30.3
ⅩⅣ-2
103.4
+3
50
75
1.2±0.3
2.2±0.3
-474.6
42.3
ⅩⅣ-3
134
+10
40
75
2.0±0.3
1.9±0.3
-472.8
5
7.水量预计
⑴预计单孔水量
其中q—单孔出水量，m³/s
C—流量系数，取0.3
W—放水孔面积（按孔径φ75mm）,取0.0044㎡
g—重力加速度，取9.8m/s²
h—水头值，取2.0m
（因探放水工程由外向里分阶段性进行，积水区外缘标高呈阶段性下降，因此h按每个探放水阶段中水头的最大值，取2.0m）
计算结果，q=0.00826m³/s≈29.75m³/h
⑵最大放水量
探放水施工必须逐孔进行，最大放水量控制为40m³/h；作业现场所有钻孔总放水量下降到10m³/h以下，使用钻机配钻具捅孔处理水量无明显增加，方准进行下一个放水孔的施工。
8.孔口控水装置及有关要求
⑴安装孔口装置的总体要求
①探放3301工作面外段老空积水的钻孔孔口标高与该段老空积水外缘标高（-475m）之差小于10m，即孔口位置的水压＜0.1Mpa。
但为了防患于未然，同时为了测定准确压力和控制水量的需要，对于探放外段积水的Ⅰ～Ⅴ钻场，只在最先施工的Ⅰ号钻场的1、2号钻孔上埋设φ100mm孔口管，孔口管外接压力表和阀门；Ⅰ～Ⅴ钻场的其它钻孔不设置孔口装置。
②同理，探放3301工作面里段老空积水（外缘标高-474.1m）孔口位置的水压＜0.1MPa，也不需要设置孔口装置。
但为了防患于未然，同时为了测定准确压力和控制水量的需要，对于探放里段积水的Ⅸ～ⅩⅣ钻场，只在Ⅸ号钻场的1、2号钻孔上埋设φ100mm孔口管，孔口管外接压力表和阀门；Ⅸ～ⅩⅣ钻场的其它钻孔不设置孔口装置。
⑵安装孔口装置需要的设备、材料
表16安装孔口装置需用的设备、材料
名称
规格
数量及
单位
备注
钻机
ZY-750型
1台
含配套设施
钻头
φ137mm
1枚
合金三翼
钻头
φ75mm
2枚
复合片三翼
风动注浆泵
KFQFK型
1台
含配套设施
钢管
φ100mm，3.5m长
4根
一端车内丝，一端焊φ100mm法兰，并在法兰端200mm位置焊接安装压力表的小管
钢管
φ100mm，3.5m长
4根
一端车内丝，一端车外丝，能与焊接法兰的钢管连接
钢管
φ100mm，3.5m长
4根
一端车外丝，能与两端车丝的钢管连接
阀门
φ100mm
2个
可复用
聚氨酯
10kg
铝塑管
φ16mm
100m
压力表
0～0.15MPa
2个
可复用
压盖
φ100mm变φ25mm
2个
可复用，由变头和法兰焊接而成
球阀
φ25mm
2个
可复用
水泥
32.5R
0.2t
⑶安设孔口装置的工作流程
①连接好配套的φ100mm钢管成一根10.5m长的孔口管放置在打钻现场备用。
②对需要安设孔口装置的钻孔，按设计使用ZY-750型钻机配、φ50mm钻杆、φ137mm合金钻头施工钻孔，孔深10m。
施工钻孔完毕，退出钻杆、钻头后，必须及时将孔内的煤粉用高压风吹净，保持孔内平整。
③在孔口管里口向外0.5m区段，使用聚氨酯化学封孔剂对钻孔的封孔段进行定位封孔，然后将孔口管放入孔内。
必须在5分钟内完成。
④在孔口管自孔口向里0.5m区段，同样使聚氨酯化学封孔剂对钻孔的封孔段进行定位封孔，在封孔缠胶的同时从煤孔壁与孔口管之间的空隙预插2根4分铝塑管（分别作为注浆管和出气管），铝塑管长度均不小于9m，此步骤也必须在5分钟内完成。
⑤钻孔封孔管两端使用化学剂定位封孔20分钟后（必须待化学封孔剂完全膨胀封严封孔口管两端），使用KFQFK风动注浆泵通过孔口预插的注浆管向定位封孔的两端之间孔外空隙内注入水泥浆液。
水和灰的配比2：
1～2：
3，且要混合均匀；根据静水压力不大于0.1MPa的情况，注浆压力控制在0.2MPa～0.3MPa，终孔压力设定为0.5MPa。
⑥向孔内注浆后，注意观察出气管的返浆情况和注浆泵压力表读数，发现出气管返浆后，迅速堵住出气管口，将出气管对折，并使用铁丝或塑料绳将对折后的出气管固定住，防止漏浆。
然后继续向注浆管内压注水泥浆，直待压力达到0.5MPa且维持时间不少于3分钟后，方可停止注浆。
⑦注浆结束待凝固2个小班（16小时）后，在孔口管上连接φ100mm变φ25mm压盖，在压盖上接注浆管路，使用KFQFK风动注浆泵向孔口管内注水做耐压试验，根据静水压力
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