精品煤矿工作面井下定向疏放水钻孔设计方案.docx

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精品煤矿工作面井下定向疏放水钻孔设计方案

神华宁煤集团红柳煤矿3121工作面

井下定向疏放水钻孔设计方案

神华宁煤集团红柳煤矿

神华宁煤集团能源工程公司环境安全工程分公司

二〇一一年十一月

神华宁煤集团红柳煤矿3121工作面

井下定向疏放水钻孔设计方案

编　　制:

审　　核：

分管领导:

神华宁煤集团能源工程公司环境安全工程分公司

二〇一一年十一月

1前言7

2矿井概况11

2。

1矿井基本情况11

2。

1。

1交通位置11

2.1.2地形地貌13

2。

2地质特征13

2.2.1地层13

2.2.2煤层16

2。

2.3地质构造17

2.2。

4水文地质条件17

3项目区概况22

3.1项目区位置及四邻采掘情况22

3.2项目区工作面接续情况23

3.3项目区岩层情况23

3.4地质构造24

3。

5项目区水文地质情况24

3。

6项目区排水通道24

3。

73121工作面顶板直罗组下段粗砂岩含水层静储量预计25

4项目区疏放水方案27

4.1常规疏放水钻孔方案设计27

4.2井下中长距离井下定向疏放水钻孔设计29

4.2。

1定向疏放水钻孔的目的29

4.2。

2定向疏放水钻孔设计的原则和依据29

4。

2.3定向疏放水钻孔设计30

4.2.4工程量情况37

4.2.5费用概算38

4.2.6工期安排及施工顺序44

5方案对比分析45

5。

1疏水效果45

5.2费用情况48

5.3工期比较49

5.4结论49

6定向钻孔施工及安全技术措施52

6。

1开工及竣工验收52

6。

2设备运输52

6。

3移孔位及稳固支撑52

6.4开孔53

6.5钻进53

6。

6放水及观测技术要求57

6。

7探放水的施工安全措施58

7需矿方配合的工作59

8提交的资料59

8。

1设计资料59

8.2原始班报表59

8。

3综合成果资料60

1前言

宁煤集团现有生产及在建矿井21对，分布在汝箕沟、灵武、石沟驿、鸳鸯湖、马家滩、呼鲁斯太、石嘴山、石炭井、横城等9个矿区，所辖21对生产和建设矿井分布分散和范围广，水害类型多样,各矿井在地质勘探时确定的水文地质条件均属简单—中等类型，但部分矿井建井和生产揭露的水文地质条件却为复杂,水害已严重影响到正常开采,尤其是鸳鸯湖矿区、马家滩矿区新建矿井。

目前主要影响矿井开采的含水层为直罗组砂岩含水层组，含水层厚3。

4—372m，平均厚度127m，该含水层渗透性差,为富水性较强含水层。

鸳鸯湖矿区的红柳矿、石槽村矿、麦垛山矿在试生产或建设期间出现较大涌水，因此,宁煤集团公司所辖的鸳鸯湖矿区、马家滩矿区由于本区2号煤顶板直罗组砂岩含水层沉积环境复杂，富水性不均匀且渗透性差可疏性差，随着井筒和井田开拓揭露，对矿井生产安全和作业环境的影响越来越大，防治水工作是当务之急.

宁煤集团所辖的鸳鸯湖矿区、马家滩矿区目前水害治理主要通过常规钻机在井下巷道或石门中向顶板直罗组砂岩含水层施工大角度仰角钻孔提前疏放顶板水的传统工艺方法。

采用此方法，由于存在井下常规钻机能力偏小施工的钻孔长度短，且井下常规钻孔只有在开采巷道形成后方能进行施工，疏放水时间有限，不利于矿井扩大生产规模的长远规划要求。

为了探索宁东各矿井效果最佳的防治水技术手段和技术路线，环境安全工程分公司借鉴多年施工中长距离（600-800m）定向瓦斯钻孔的施工经验和治理瓦斯的良好效果，经与中煤科工集团西安研究院多次论证和分析，通过对原中长距离定向钻机及工艺技术进行改造后达到有效进行水害治理的目的。

集团公司于2010年10月决定为环境安全工程公司采购一台ZDY6000LD井下定向探放水钻机施工井下定向钻孔进行水害治理，同时，经能源工程公司立项，集团公司确定《中长距离定向钻进技术在矿井水害治理中的应用研究》科技项目为2011年科技项目，实施该科技项目共分五个阶段，即第一阶段准备工作（收集资料及编制方案设计和采购设备）,第二阶段现场施工，第三阶段收集数据,第四阶段综合分析及编制成果报告,第五阶段组织项目验收。

为了使该科技项目顺利实施和达到预期研究目的，环境安全工程分公司认真收集鸳鸯湖矿区各矿井的资料进行对比和综合分析，根据各矿生产接续情况和新购井下定向钻机到货时间，经与集团公司生产技术部及矿方沟通后，选择红柳煤矿3121工作面开切眼北端煤层冲刷变薄带作为井下中长距离定向探放水钻机施工井下定向疏放水钻孔的试验区。

项目于2011年8月24日完成了第一阶段的全部工作（钻机采购到位和编制及审定方案设计），并组织科技发展部、生产技术部、红柳煤矿、能源工程公司召开了该科技项目启动大会；于2011年8月25日开始了第二阶段现场施工工作和第三阶段收集数据工作，截止2011年11月15日已完成2＃、4#两个下分层含水层钻孔、1#、3＃、6＃、5＃孔三个上分层含水层钻孔的施工。

从目前施工情况和观测数据情况来看,《中长距离定向钻进技术在矿井水害治理中的应用研究》科技项目攻克了许多技术难题，取得了阶段性成果,效果显著和明显，可得出以下初步结论:

一是中长距离定向钻机施工中长距离定向探放水钻孔是可行的；二是可实现在在中硬完整地层中开分支技术；三是较常规钻孔相比,可缩减大量钻孔工程量、延长疏放水时间、增加钻孔在含水层中的穿行距离和高效地超前探放水，提高疏水效果，可有效解决神华宁煤集团宁东矿区煤层顶板低渗透性含水层水常规钻孔疏放效果差的问题。

为了将该科技项目推广应用于神华集团，一方面要全力做好本科技项目的后续工作（第三阶段收集数据、第四阶段综合分析及编制成果报告，第五阶段组织项目验收）,另一方面由于正在实施的试验区为煤层冲刷变薄带，红柳煤矿对该区域煤层不进行回采，无法通过回采可靠验证所施工井下定向试验钻孔对顶板含水层的疏水效果，再加之仅用一个钻场的井下定向钻孔进行试验，收集的数据少和结论不充分。

为此，建议在3121工作面整体布置井下定向钻孔推广应用该成果，最终结合矿方后续回采过程中工作面的涌水情况综合评价井下定向钻孔疏水效果。

2矿井概况

2。

1矿井基本情况

2。

1.1交通位置

红柳井田位于宁夏回族自治区中东部地区，行政区划隶属灵武市宁东镇和马家滩镇管辖。

距银川市约66km,在灵武市以东约50km处，地理极值坐标位于东经106°41′38″至106°49′18″，北纬37°47′49″至37°56′56″之间。

井田呈北西～南东条带状展布，北以新碱沟北正断层和杨家窑正断层为界，南至第32勘探线;西以李新庄西侧断层和长梁山～冯记沟向斜轴为界，东至马柳断层。

井田南北走向长约15km，东西倾向宽约5。

5km，面积约85km2。

井田北部与石槽村井田相邻，西部与麦垛山井田接壤，南至马家滩镇驻地,东部为广袤的毛乌素沙漠。

本区公路交通方便，经过多年建设已形成较为完善的公路网。

北部有国道主干线银（川）～青（岛）高速公路（GZ25）及国道307线东西向通过，距井田约20km；井田西侧有磁窑堡~马家滩三级公路南北向通过，从马家滩向南接于盐兴一级公路，向西与211国道相接;鸳（鸯湖）~冯（记沟）一级公路可直接通往井田.区内公路网南北交错，向西经灵武市、吴忠市可接于国道109线和包兰铁路,向东经盐池县可达延安、太原等地.包（头）～兰（州）

国铁干线于矿区西部约85km处南北向通过，与包兰铁路接轨于大坝车站的大（坝）~古（窑子）铁路专用线已延伸至古窑子车站,从古窑子车站通往灵新煤矿和羊场湾煤矿的铁路支线已建成通车。

另外,拟建的太（原）~中（卫）～银（川）铁路从井田北部约15km处东西向通过.本区铁路网完善，铁路交通比较便利（详见2—1井田交通位置图）.

图2—1井田交通位置图

2.1.2地形地貌

红柳井田位于毛乌素沙漠西缘，呈西北高、东南低的低缓丘陵地貌，最高高程点位于H1407孔西边的山丘上，海拔高程为+1490。

00m，最低高程点位于H3005孔附近,海拔高程为+1360.00m，井田内最大相对高差130m,一般高程在+1400m左右。

井田内大部分地区为沙丘掩盖，多系风成垄状及新月形流动沙丘，间有被植被固定、半固定沙丘，地形低缓平坦，地面起伏不大.

2.2地质特征

2。

2.1地层

井田内大部分地区被第四系（Q）风积砂所覆盖，仅在井田西南部有零星基岩出露.经钻孔揭露井田内地层由老至新依次有：

三叠系上统上田组（T3s）;侏罗系中统延安组（J2y）、直罗组（J2z）；侏罗系上统安定组（J3a）；古近系渐新统清水营组（E3q）和第四系（Q）.各地层由老至新简述如下：

（1）三叠系上统上田组（T3s）

在井田西南部边界有零星出露,钻孔最大揭露217.40m,据邻区以往资料其最大沉积厚度为756m.上田组（T3s）地层由一套河湖相杂色碎屑岩沉积组成,为侏罗系延安组（J2y）含煤沉积的基底,岩性主要为黄绿、灰绿色厚层状砂岩,夹灰、深灰色粉砂岩、泥岩及薄层含铝土质泥岩，砂岩的分选性及磨圆度中等。

（2）侏罗系中统延安组（J2y）

为一套内陆湖泊三角洲沉积，是井田内主要含煤地层，在井田内没有出露,钻孔揭露厚度261。

21~377。

28m，平均331.21m。

岩性由灰、灰白色长石石英砂岩，深灰色、灰黑色粉砂岩、泥岩、煤和少量含铝质泥岩组成，底部以一套浅白或黄色带红斑的粗粒砂岩、含砾粗粒砂岩,与下伏三叠系上统上田组（T3s）呈假整合接触。

（3）侏罗系中统直罗组（J2z）

为一套干旱及半干旱气候条件下的河流～湖泊相沉积,在井田内没有出露,钻孔揭露厚度305。

76～468。

55m,平均421。

71m。

岩性主要为灰绿、蓝灰、灰褐色夹紫斑的中、细粒砂岩和粉砂岩,夹少量的粗粒砂岩和泥岩，底部为一厚层灰白、黄褐或红色含砾粗粒石英长石砂岩,俗称“七里镇"砂岩,与下伏延安组含煤地层呈冲刷假整合接触。

（4）侏罗系上统安定组（J3a）

为一套干燥气候条件下河流、湖泊相红色沉积，俗称“红层”，在井田内没有出露,钻孔揭露最大残留厚度423.74m.岩性以灰褐、紫红、紫褐色粉砂岩和泥岩为主，夹灰白、灰绿色中~细粒砂岩，底部普遍有一层褐红色砂岩与下伏直罗组地层呈假整合接触.

（5）古近系渐新统清水营组（E3q）

仅在井田东南部及边界外围有零星分布，厚度5。

85~96。

70m,平均49.46m.岩性由紫红色亚粘土及红土组成，不整合于下伏各老地层之上。

（6）第四系（Q）

井田内广泛发育，底部为白垩系砾岩风化残留卵砾石和钙化结核；中部为冲淤积的黄沙土；顶部为现代风积沙丘及沙土层。

钻孔揭露厚度1.5～38。

33m，平均7。

28m.不整合于下伏各系地层之上。

2。

2。

2煤层

井田内延安组含煤地层平均总厚333。

21m，含煤层27层，平均总厚30.48m,含煤系数为9。

11％。

其中：

编号煤层23层，自上而下编号为：

2、3—1、3—2、3、3下、4-1、4—2、4-3、5、6、10、12、13、14、15—1、15、15—2、16、17—1、17—2及17、18-1、18-2煤。

全区可采煤层3层、大部可采煤层8层、局部可采煤层8层、不可采煤层4层。

可采煤层平均总厚26。

67m，可采含煤系数8.0%。

3121工作面开采2号煤层,该煤层在井田内全区发育，层位稳定，大部可采,煤层分布面积58.07km2，可采面积36。

9km2。

井田内见煤点91个，煤层厚度0.39~10.71m,平均4。

91m，可采厚度0.85～10。

71m,平均5.06m,属中厚~厚煤层。

厚度变化总体呈现为：

自井田中部向南北逐渐变薄。

最厚点位于H702号钻孔，最薄点位于北部的H205号钻孔。

含夹矸0~2层，厚度为0。

09~0。

40m.夹矸岩性以泥岩、炭质泥岩和粉砂岩为主，多位于煤层的中下部，层位较为稳定，结构简单，煤类为不粘结煤.

2.2。

3地质构造

井田褶曲构造为主，由西向东有长梁山向斜、鸳鸯湖背斜、张家庙向