XXXX工作面探放水设计.docx

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XXXX工作面探放水设计

山西灵石银源新安发煤业有限公司

090111工作面探放水设计及施工安全

技术措施

山西地宝能源有限公司

2012年5月

090111工作面探放水设计及施工安全技术措施

一、概况

（一）工作面位置和工程地质情况

090111工作面位于井田北东部一采区北侧边缘，开采9号煤层，煤层厚度1.20—1.48m，煤层直接顶板为K2石灰岩,底板为砂质泥岩。

090111运输顺槽长840m，宽3.50m，挑底高2.20m（巷道断面特征表1），采用锚杆、锚网支护；090111回风顺槽长770m，宽3.50m，挑底高2.20m，采用锚杆、锚网支护（巷道断面特征表2）；在运输顺槽及回风顺槽末端均遇到陷落柱，运输顺槽遇到直径约40m的近圆形陷落柱，陷落柱充填物质杂乱紧密、干燥；回风顺槽遇到陷落柱长轴约40m的椭圆形陷落柱，陷落柱充填物质杂乱紧密、干燥。

顺槽末端切眼贯通形成切割，回采方向302°。

回风顺槽与南侧090109运输巷之间留有15m的区段煤柱，090109工作面还留下80m未回采；运输顺槽与北侧设计090113工作面相邻。

090111运输顺槽及回风顺槽掘进施工中，煤体比较干燥。

南邻090109工作面从回采初期到还留下80m未回采这一阶段的工作面推进中，工作面煤层干燥，洒水降低煤尘飘散，回采工作面渗水仅为散水降尘水。

（2）采煤方法

该矿开采9号煤层，煤层厚度1.20-1.48m，采用走向长壁式高档普采，全部垮落法管理顶板，单体液压支柱支护。

工作面采用MG150/345-WDK双滚筒割煤机割煤。

矿井目前在运输下山东翼回风立井东部9号煤层090109高档普采回采工作面回采，工作面长度150m。

该井田090109工作面内煤层平均厚度达1.40m，直接顶板为K2灰岩，底板岩性为砂质泥岩。

装备MG150/345-W型采煤机、SGZ-630/220型刮板输送机，采用DW16-300/100型单体液压支柱配点帽支护顶板，全部垮落法管理顶板。

运输顺槽采用SZB-730/40型桥式转载机和DSJ80/2×55型带式输送机运输。

工作面最大控顶距5.2m，最小控顶距4.0m，放顶步距1.2m。

回采工作面超前支护采用DW20-30/100型单体液压支柱支护，柱距1.0m。

回采工作面采用“四·六”工作制，三班生产，一班准备。

（三）水文地质条件

1、含水层的情况

第四系松散层孔隙含水层组靠大气降水补给。

二叠系下石盒子组砂岩裂隙含水层组以中细粒岩为主，裂隙发育，含裂隙孔隙水，局部受构造承压水，以顺层侧向补给为主。

二叠系山西组砂岩裂隙含水层组岩性组合为砂岩、泥岩、煤层及煤线等，裂隙较发育，由于含水层补给有限，含水层富水性弱。

根据晋中煤田地质队2010年4月编制的《生产矿井地质报告》资料，井田奥灰水静水标高559.5-562.5m，低于井田内9、10+11号煤层底板标高650-820m,奥灰水对9、10+11号煤层开采没有影响。

2、周围邻矿采空积水及上覆2、4号煤层采空积水情况

井田北邻天聚柏沟煤业有限公司，东邻银源新生煤业有限公司，西邻红杏广进宝煤业有限公司。

西邻红杏广进宝煤业有限公司的煤层采空积水距离090111工作面较远，影响甚微；北邻天聚柏沟煤业有限公司的煤层采空积水距离090111工作面有100-130m的9号煤层未回采的实体煤相隔，采空积水影响较小；东邻银源新生煤业有限公司的采空积水距离090111工作面也有相当距离的9号煤层未回采的实体煤相隔，采空积水影响较小。

位于本井田上覆2、4号煤层均以采空，且有采空积水存在。

根据晋中煤田地质队2010年4月编制的《生产矿井地质报告》资料，选用《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719－91）附录F中计算导水裂隙带高度的经验公式对各可采煤层开采所形成的导水裂隙带高度进行计算分析。

2、4号煤层顶板为砂质泥岩、砂岩为主，采用全部垮落法管理顶板，则选用下式计算导水裂隙带：

Hf=100M+5.1

3.3n+3.8

式中：

Hf—导水裂隙带最大高度，m；

M—累计采厚，m；

n—煤分层层数，取1。

9号煤层顶板岩层以石灰岩、砂质泥岩为主，开采9号煤层时，若采用全部垮落法管理顶板，则选用下式计算导水裂隙带：

式中：

Hf—导水裂隙带最大高度，m；

M—累计采厚，m；

n—煤分层层数，取1。

计算结果汇总见表3。

表3采用GB12719-91中公式计算导水裂隙带最大发育高度

地层

单位

煤层

编号

可采区煤层厚度（m）

煤层间距（m）

导水裂隙带最大高度（m）

最小-最大

平均

最小-最大

平均

最小-最大

平均

山西组

（P1s）

2

0.70-1.00

0.84

12.82-18.77

16.24

14.96-15.66

15.38

太原组

（C3t）

4

0.70-1.48

0.99

13.43-24.63

19.04

62.23-63.10

62.67

9

0-1.48

1.17

27.66-55.15

36.56

4.35-8.80

5.35

10+11

2.87-4.20

3.44

45.52-62.45

53.35

据表3计算结果对各可采煤层顶板涌水因素分析如下：

理论计算，9号煤层导水裂隙带最大高度55.15m，平均36.56m。

当采用全部垮落法单独开采9号煤层时，导水裂隙带发育最大高度小于4、9号煤层的最小层间距，因此，4号煤层采空积水一般不会进入9号煤层采掘区（但在断裂构造、陷落柱处4号煤层采空积水对9号煤层存在充水影响,由此，在开采9号煤层时需要对工作面上方4号煤层及以上采空积水予以疏放）。

一般条件下，开采9号煤层时的矿井涌水来自其顶板K2、K3、K4灰岩岩溶裂隙水。

3、影响9号煤层开采的主要含水层

9号煤层位于太原组下部，直接顶板为K2石灰岩，K2石灰岩有溶蚀现象。

据《生产矿井地质报告》叙述，尤家山勘探区位于本井田东北方向,距本井田10km。

据尤家山勘探区124号孔资料，水位标高747.36m，单位涌水量0.0074L/s.m，渗透系数0.1455m/d，PH为7.7。

据本井田北东部山西灵石天聚柏沟煤业有限公司煤矿调查，K2石灰岩富水性强。

K3石灰岩裂隙含水层：

区内广泛分布。

据124号钻孔对K3、K4混合抽水试验资料，K3、K4石灰岩含水层混合水位标高800.36m，单位涌水量0.000412L/s.m，渗透系数0.00417m/d。

据本井田北东部山西灵石天聚柏沟煤业有限公司煤矿调查，K3灰岩富水性强。

开采9号煤层时顶板导水裂隙带发育高度27.66-55.15m，平均36.56m，大于井田内9号煤层与K4灰岩含水层间的层间距，因此开采9号煤层时，其顶板形成的导水裂隙带可将K4、K3、K2灰岩含水层水沟通，导致岩溶裂隙水沿导水裂隙带进入矿井，增大矿井涌水量。

二、工作面防治水设计编制规范依据

根据《煤矿防治水规定》、《煤矿安全规程》中防治水部分、山西省煤炭工业厅晋煤行发[2011]410号文件《关于进一步加强生产矿井防治水工作的通知》、晋煤行发[2011]994号文件精神及《新安发煤业煤矿防治水二十项制度》的综合防治水管理要求中“预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的原则，编制制定090111工作面探放水设计。

在探防水中做到“物探先行、钻探验证、化探跟进”的综合方法进行探防水。

《新安发煤业煤矿防治水二十项制度》中要求，工作面回采前，必须先采用无线电坑透仪进行坑透，对坑透异常区进行钻探验证，实现对工作面回采前的“精细”探查，确保工作面安全顺利回采。

三、090111顺槽掘进面的开拓方向、规格和支护方式

1、顺槽掘进方向

主斜井位于井田中部，轨道下山、运输下山及回风下山大巷（从左到右排列相隔30m）延伸方向32°，轨道及回风下山设在9号煤层，运输下山设在10+11号煤层。

090111运输顺槽在轨道下山大巷1400m处开口，以122°掘进840m到位（在掘进至40m时，以233°掘进20m再以255°掘进与运输下山大巷贯通）。

090111回风顺槽在回风下山大巷1310m处开口，以122°掘进770m后以47°掘进切眼130m与运输顺槽贯通，同时在回风下山大巷1310m处以302°掘进60m与轨道下山贯通，并以双层风门相隔。

此处风门与轨道下山大巷之间建有采区变电站。

工作面回采推进方向302°。

2、支护方式

090111两顺槽均采用矩形断面，090111运输顺槽：

巷道高度2.20m，巷道净宽3.50m，采用锚杆支护，顶部布置五根树脂锚杆，间排距为0.8m，边邦锚网支护（巷道断面特征表1）。

090111回风顺槽：

巷道高度2.20m，巷道净宽3.50m，采用锚杆支护，顶部布置四根树脂锚杆，间排距为0.8m，边邦锚网支护（巷道断面特征表2）。

锚杆锚固力不低于50KN。

四、相邻采空区积水量

090111工作面位于正在回采090109工作面北面的下山部位，090109工作面采空区目前无积水。

由于工作面推进是下山方向，采空区积水除较少汇集局部低洼地带流不出外，采空积水会沿着运输顺槽边沟自流流出采空区汇集采区水仓，然后由采区水仓经水泵排至井底主水仓，主水仓经立井排出地面至污水处理池。

相邻采空区积水量较少。

五、老空积水量

目前，计划开采9号煤层的090111工作面周围无老空区，无老空积水量。

上覆4号煤层采空区有积水，根据水文勘探报告资料，此处090111工作面上方4号煤层采空区积水量约21260m3。

积水标高710m，处在9号煤层水压约0.6Mpa。

原来，开采4号煤层，采用短壁炮采，一次性采全高，采用全部垮落法管理顶板。

单个采空区面积不是很大。

六、工作面探放水方法

根据山西省煤炭工业厅晋煤行发[2011]410号文件精神要求，工作面回采前按照“预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”原则执行，同时要求工作面回采前防治水方法为“物探先行、钻探跟进、化探验证”的工作方法，结合煤矿防治水工作《新安发煤业煤矿防治水二十项制度》中要求，工作面回采前，必须先采用无线电坑透仪进行坑透，对坑透异常区进行钻探验证，实现对工作面回采前的“精细”探查，确保工作面安全顺利回采。

7、工作面参数概况

工作面参数表4

项目

单位

数值

项目

单位

数值

采面走向长度

m

670

煤层平均厚度

m

1.3

采面倾向长度

m

130

煤层平均倾角

度

5

采面面积

m2

87100

煤层容重

t/m3

1.43

工作面储量

t

161919

煤层硬度

f

可采储量

t

预计可采期

瓦期等级

级

低

工作面推进方向

度

302

八、探放水施工技术要求和钻孔设计

（一）探放水施工技术要求

1、探放水位置：

工作面回采前，首先对工作面进行无线电坑透仪进行坑透，然后对坑透异常区进行钻探验证。

探水位置位于090111工作面下山部位的运输顺槽。

2、在探放水前，在总运输巷（位于10+11号煤层）末端需要施工一采区水仓。

并且配比好水泵。

（2）钻孔设计

钻孔钻孔设计一览表

组

孔号

钻孔方位（°）

倾角（°）

孔径

孔深

（m）

距巷道底板（m）

目的

备注

1组

1

212

55

56mm

80

1.5

上覆4号采空积水

全部

采用

探放

水钻机

2

212

55

56mm

80

1.5

等

2组

3

212

0

56mm

120

1.5

煤层

4

212

0

56mm

120

1.5

5

212

0

56mm

120

1.5

等

钻孔间隔5m。

钻孔数量根据物探异常区需要进行布孔。

对于探放4号煤层采空区积水，根据放水量的多少适当进行布孔钻探。

（三）施工流程

钻探队按钻孔编号顺序施工。

先施工1号探水孔，在设计位置用Φ63mm钻头以55°倾角向前钻进6m，方位212°，再用Φ108mm钻头扩孔6m，然后用海带缠绕在Φ80mm孔口管外壁插入钻孔中，待海带膨胀固定孔口管，在孔口管上安装水压表和控水阀门，用8#铁丝连接孔口管与顶锚杆，管路连接好后即可进行耐压试验。

压水试验压力稳定在0.6Mpa，时间不少于30min，观察孔口及孔口管有无渗水、松动等现象，确认没有后方可结束耐压试验。

在耐压试验中，如果出现渗水及孔口管松动等现象，要根据实际情况分析处理后再进行耐压试验，直至达到耐压试验要求。

孔口管达到耐压试验要求后，用Φ63mm钻头以55°倾角向前钻进。

有积水，用导水管把水导入巷道临时水仓；若无积水流出，则用木屑、棉纱封孔。

用相同方法施工其它钻孔。

孔口管安放示意图1。

（四）钻机设备

井下配备4台ZYJ-400/270型钻机，钻杆外径42mm。

九、探放水前准备工作

1、探放水前，钻探队必须检查排水系统是否完善，排水能力是否充足。

2、本次施工中所有使用的电气设备必须符合防爆要求。

由钻探队专职电工负责接线、甩线。

3、排水设备

预计单孔放水量约10m3/h,采区水仓配备3台MD46-50×8/90型水泵（其中两台工作，另一台备用）以及89×4.5mm水管，并带水试运行正常。

另外安装一台QBZ-30开关供液压钻机使用，所有开关必须上架并加装“两防锁”，接好电源。

无排水设施、有排水设施但排水能力不足或不能正常运转，严禁组织探放水工作。

4、排水线路：

放出的水，经过运输顺槽自流到井下采区水仓，排水管路为一趟4吋高压塑料排水管，排水路线（见附图一）：

放水处→090111运输顺槽→采区水仓→回风下山大巷→立井井底车场主水仓→立井→地面污水处理站。

放水当班，有一名跟班队长在现场协助放水工作，安排专职排水工在现场负责排水，排水人员须带上连鞋雨裤。

5、机电队要对矿井排水系统进行全面检查，检查排水设备、配电设备和输电线路完好，排水管路畅通，水仓有足够的空仓容量。

水仓、排水设备、排水管路和配电设备均要满足《煤矿防治水规定》要求，确保放出的水能够及时排出矿井。

6．矿调度在距探放水地点50m以内位置相对较高地点安设一部电话，并确保电话畅通。

7．探放水前由钻探队负责人组织全体施工人员认真学习本措施，并严格按本措施执行。

8、入井前钻探队负责人必须检查钻机能不能正常运转、钻机各部位螺栓紧固情况、注水器密封圈是否磨损，发现问题立即处理并带足易损件，准备足量的3寸孔口管、水门、水压表，连鞋雨裤3套和水管1根。

9、放水当班，由通风科指派一名责任心强的通风人员负责检查打钻处及钻孔内瓦斯等有害气体浓度。

10、钻孔旁要挂上瓦斯报警仪，瓦斯超限，应立即停止钻进，汇报矿调度，采取处理措施。

11、探放水作业时，其它低于探防水工作面的工作停产，待钻孔完成确保能控制水量后方可生产。

十、探放水施工

1、地测科水文技术员为探放水负责人，现场所有人员要听从探放水负责人统一指挥，由地测科钻探队负责钻孔施工工作。

2、依据设计，负责探水工作的人员（水文技术员）必须亲临现场与钻探队确定钻孔的方位、倾角、深度和钻孔数量。

3、由安监处指派安全员负责抽查本措施执行情况。

4、安钻前，由探放水负责人检查工作地点顶板是否有网兜、浮岩、煤帮是否有裂隙，在确认钻场无安全隐患以后，方可安钻。

5、钻机必须安装稳固，确保卡钻后钻机不翻滚，固定钻机的单体支柱必须将钻机支护稳固，确保钻机在打钻过程中不上下左右前后晃动，单体支柱也必须做到一体三联，防止单体由于震动而松动掉落伤人。

6、安装、检修电器设备时，必须切断电源，不得带电作业，且留有专人看守，作业时必须有2人在场，并严格执行谁停电谁送电。

7、开钻前，由探放水负责人联系停止探放水地点所有车辆运行，撤离现场无关人员，并指派专职堵水人员。

8、钻探时，先供水，待孔内回水后开机，严禁无水施工。

9、钻进过程中发生断钻杆，掉钻头、卡钻等问题，当班探放水人员必须查明原因进行处理，确保安全后方可继续施工。

10、在钻探过程中要将孔内流入巷道的煤泥清理到编织袋内整齐码放在煤帮处。

11、探放水当班，由通风科指派专职瓦检员负责检查钻场及钻孔内瓦斯等有害气体浓度，并认真填写瓦斯检查牌。

钻探队跟班队长必须配带便携式瓦斯、一氧化碳报警仪，钻孔旁要挂上瓦斯报警仪。

工作地点20m范围内风流中瓦斯浓度超过0.8%时，严禁打钻；打钻过程中，若钻场瓦斯浓度超过0.8%小于3%时，不得拔出钻杆，应用水泥沙浆或其它材料进行封堵钻孔，向调度汇报后，按照排瓦斯要求排放瓦斯；当瓦斯浓度超过3%时，向调度汇报后，由矿领导召开专题会议确定处理方案。

12、钻探施工完毕后，应检查并回收钻探设备及开关、连接电缆和水管等配套设施。

十一、探放水施工安全技术措施

1、所有参加钻探人员必须持证上岗，正规操作、按章作业、穿戴整齐、裤管袖口扎紧，以防被钻机缠住伤人。

2、探放水负责人不在场，严禁钻探人员擅自组织施工。

3、人抬肩扛物件时，钻探人员要相互协调配合好，走正走稳，防止物件晃动过大，将人撞伤，搬运重件时必须设一人监护安全。

4、参加施工的辅助人员必须听从钻机司机指挥。

各施工人员必须时刻牢记“安全第一”，各司其职、操作规范、注重自保、互保。

5、打钻前检查钻杆、钻头是否通畅，接、卸钻杆时，人员要相互配合好，防止伤人。

6、施工人员必须避开钻孔直冲方向，防止水、气体喷出伤人。

钻进过程中，瓦检员必须加强孔内有毒有害气体检查。

7、钻进过程中发现煤层变软、煤壁开裂等异常情况，应停止钻进，查明原因，及时处理。

8、钻机司机在钻进过程中发现异常情况，应停止钻进，立即向探放水负责人汇报，查明原因，及时处理。

9、打到积水区后，卸钻杆时，应相互配合好，防止水流冲击钻具伤人。

10、一旦发生透水事故，矿调度立即启动《煤矿水灾事故应急救援预案》，要立即通知受水威胁最严重的地区撤人，然后通知其他作业地点人员撤离。

十二、排水注意事项

1、放出水后，由专门负责排水人员维护排水设备，只有在断电、更换排水泵等不能正常排水的情况下，方可关水门。

2、放水期间，排水人员严禁在放水孔附近煤柱帮逗留，并勤观察放水孔周围煤壁，发现问题及时汇报矿调度。

3、放水期间，排水人员须携带便携式两用仪，注意观察孔口管排水情况，当水流不足满管时，应立即汇报矿调度，并由通风科派通风人员检查放水孔附近及放水孔内瓦斯等有害气体浓度。

十三、避水灾路线

放水处→090111运输顺槽→轨道下山大巷→主斜井→地面。

避灾路线见附图1