中岳副斜井探放水设计XMicrosoft Word 文档.docx

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中岳副斜井探放水设计XMicrosoftWord文档

山西煤销集团中岳煤业有限公司

副斜井施工探放水设计

审批：

矿长年月日

总工程师年月日

安全矿长年月日

生产矿长年月日

机电矿长年月日

通风助理年月日

工程监理年月日

项目经理年月日

编制年月日

山西煤销中岳煤业副斜井掘进工作面探放水设计

第一章矿井地质水文情况

一、井田地层特征

井田位于沁水煤田晋城矿区东南部，井田大面积为第四系黄土覆盖，西部零星出露二叠系下统山西组、下石盒子组以及二叠系上统上石盒子组地层，东部零星出露石炭系太原组地层。

下面将本区地层由老至新简述如下：

1、奥陶系中统峰峰组（02f）

为含煤地层之基底，ZS－1号水文钻孔揭露厚度145.00m，为灰～青灰色厚层石灰岩，夹有白云质灰岩、角砾状灰岩和泥灰岩，质纯、性脆、节理发育，多为方解石充填。

2、石炭系中统本溪组（C2b）

厚3.67～11.05m，平均7.55m。

是一套海陆交互相沉积，主要由细粒砂岩、铝土质泥岩及薄层砂质泥岩组成。

夹菱铁矿结核。

厚度随奥陶系侵蚀面的起伏而厚薄不一。

底部局部见“山西式”铁矿。

与下伏奥陶系地层呈平行不整合接触关系。

3、石炭系上统太原组（C3t）

井田内主要含煤地层之一，厚度80.22～122.39m，平均99.23m。

为一套海陆交互相沉积，主要岩性为砂岩、粉砂岩、泥岩、灰岩和煤层。

灰岩中生物碎屑含量15～30%，以腕足类、腹足类、螺类为主，少量蜓类、羊齿类等。

井田内本组地层东部赋存不全，按岩性组合特征可划分为三个岩性段：

（1）一段（C3t1）

铝土泥岩顶至K2灰岩底，平均厚18.22m。

由砂质泥岩、细粒砂岩及煤层组成。

井田内K1砂岩不发育，局部15号煤层与本溪组铝土泥岩直接接触，15号煤层位于该段顶部，煤层厚1.30～4.73m，平均厚2.41m，全区稳定可采；距煤层底部12.5m处有16号煤层，仅ZK2号可见，厚约0.45m。

K2灰岩底局部发育14号煤层，厚0～2.23m，平均厚0.79m，较稳定，局部可采。

（2）二段（C3t2）

K2灰岩底至K4灰岩顶，平均厚27.91m。

由石灰岩（K2、K3、K4）、泥岩、粉砂岩、砂质泥岩和11、12、13号煤层组成，三层煤均为不稳定零星可采煤层。

该段以色深、粒细、灰岩比例大为特征。

（3）三段（C3t3）

K4灰岩顶至K7砂岩底，平均厚53.10m。

由砂岩、粉砂岩、泥岩、煤线及灰岩组成。

其中9号煤位于本段下部，稳定、赋煤区全区可采，煤层厚0.88～1.40m，平均厚1.17m。

其余煤层均不稳定不可采。

4、二叠系下统山西组（P1s）

K7砂岩底至K8砂岩底，井田内主要含煤地层之一，厚32.91～73.07m，平均52.84m。

底部以K7砂岩底与太原组地层分界。

下部为3号稳定可采煤层，煤层厚5.90～6.91m，平均厚6.43m。

岩性主要为岩屑石英杂砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩和煤层。

含丰富的植物化石，有二叠枝脉蕨、华北蕉羽叶、星轮叶等。

与下伏太原组为整合接触。

5、二叠系下统下石盒子组（P1x）

K8砂岩底至K10砂岩底，该组地层一般厚72.60～89.66m，平均85.34m。

连续沉积于山西组地层之上，陆相沉积，以K8砂岩底界与下伏山西组地层分界，岩性主要为灰绿色、黄绿色杂色泥岩、粉砂质泥岩、砂岩组成。

底部砂岩中斜层理发育，含岩屑成分高。

该砂岩在地表铁质晕圈发育，球形风化明显。

顶部有一层浅红色含锰质结核或鲕粒的铝土质泥岩，俗称“桃花泥岩”，层位较为稳定，可作为区域标志层。

与下伏山西组地层呈整合接触。

6、二叠系上统上石盒子组（P2s）

井田内仅保存其下部，相当于其一段部分，岩性为灰绿色、黄绿色粉砂质泥岩、泥岩夹厚层细、中～粗粒砂岩，底部以一层灰色中粒杂砂岩（K9）与下石盒子组分界。

最大残留厚度为57m。

7、第四系中、上更新统（Q2+3）

一般厚0.00～35.00m，平均15.00m，井田内大面积分布，上部为上更新统浅黄色亚砂土，垂直节理发育，常形成黄土陡坎，下部为中更新统浅红色亚粘土，局部含有钙质结核和砾石。

二、井田水文地质

井田位于太行山西麓，地貌类型为中低山丘陵区，区内地形大致西高东低。

该区属沁河水系丹河支流，境内主要河流为巴公河，位于井田外的西南部约4km。

井田内无常年性河流和大的地表水体，雨季降水沿沟谷自然排泄。

井田内划分以下主要含水层（组）。

1、松散层孔隙含水层

该含水层主要由具孔隙的亚粘土、砂、砾石等组成，区内大面积出露。

松散层厚度一般小于5m左右。

水位埋藏一般较浅，主要接受大气降水补给。

该含水层渗透性好，局部含水丰富。

据大阳井田876号孔及水井抽水试验资料：

单位涌水量0.0035～1.78L/s·m，渗透系数0.046～16.5m/d，丰水期8～10月份，枯水期1～4月份，水质类型以HCO3—Ca·Mg型为主。

该含水层为富水性弱～中等的孔隙含水层。

2、基岩风化带裂隙含水层

该含水层的岩性因地而异，风化裂隙发育因岩性、构造及地形控制而不同，一般发育深度在0～30m左右。

受大气降水影响明显，一般较低处比较高处富水性好，该含水层一般富水性差异较大。

据大阳井田845、862、817号钻孔对基岩风化带抽水试验资料为：

单位涌水量0.00056～0.265L/s·m，渗透系数0.00135～2.68m/d，地下水变化幅度在0.9～1.3m之间，丰水期8～10月份，枯水期1～4月份，水质类型为HCO3·SO4－Ca·Mg型。

该含水层属弱～中等富水性砂岩裂隙含水层。

3、二叠系上统上石盒子组砂岩裂隙含水层

为碎屑岩裂隙含水层，井田内大面积出露。

岩性以中粒砂岩为主，局部砂岩裂隙发育。

地下水的埋藏条件在长期开采3号煤层疏排矿坑水的影响下，目前主要以潜水形式赋存。

地下水动态变化较大。

该含水层为弱富水性砂岩裂隙含水层。

4、二叠系下统山西组及下石盒子组砂岩裂隙含水层

为碎屑岩裂隙含水层。

包括K7、K8、K9砂岩及3号煤层顶板砂岩裂隙含水层，构成3号煤层的充水水源。

岩性以中粒砂岩为主，局部砂岩裂隙发育。

钻进至该层位时，消耗量一般变化不明显。

大阳井田内813、817、845号钻孔对该含水层进行了抽水试验。

一般两小时抽干，根据恢复水位计算结果见下表，单位涌水量0.000153～0.0042L/s·m，渗透系数0.00152～0.0051m/d，水位标高829.62～880.72m，水质类型为HCO3·SO4－Ca·Na型。

5、石炭系上统太原组岩溶裂隙含水层（K5）

为层间岩溶裂隙水，K5石灰岩平均厚度2.62m，发育稳定，据区域资料，浅部与深部富水性差异较大，大阳井田内深部据845号钻孔抽水试验资料，单位涌水量为0.00015L/s·m。

浅部受断层及风化带的影响，据872号钻孔抽水试验资料，渗透系数大于80m/d，水位标高847.25m，富水性取决于岩溶裂隙发育的程度。

本含水层为弱富水性的岩溶裂隙含水层，但富水性不均一。

6、石炭系上统太原组岩溶裂隙含水层（K2）

为层间岩溶裂隙水，K2石灰岩平均厚度8.79m，发育稳定，据浅部钻孔资料（马村、东周及东大阳一带），岩性破碎，消耗量大于12m3/h，未见水位，说明该含水层具有一定的含水空间，由于下部铝土泥岩易风化失去隔水作用，大部分溶洞无水。

据大阳井田内深部845、817号钻孔简易抽水试验资料，单位涌水量为0.000044～0.00044L/s·m，渗透系数0.0031～0.0081m/d，水位标高782.12～782.13m，水质HCO3·Cl－Ca·Na型，富水性弱，为15号煤层直接顶板，开采时为15号煤层的主要充水水源，特别是浅部，岩溶裂隙发育，大气降水及地表水直接渗漏补给地段应引起足够的重视。

本含水层为弱富水性的岩溶裂隙含水层，但富水性不均一。

7、奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层

井田内隐伏于煤系地层之下，未见出露。

根据ZS－1号水文地质孔情况计算本井田奥灰岩溶水位标高为550～560m，由东北向西南径流。

据煤层底板等高线图，井田内9号煤底板标高730～850m，15号煤层底板标高690～850m，均高于奥灰水位。

三、井田内外老空水情况

1、井田内老空水

矿井充水的主要来源为大气降水和煤层上覆地层的砂岩、灰岩裂隙水，井田内北部原矿井内3号煤层已形成大面积采空区，导水裂缝带已达地表，雨季沟谷中的地表径流以及采空区以上地下水均会沟通，又矿井停采多年，尽管排水系统正常运行，但采空区标高较低处仍存在不同程度的积水；15号煤层开采后采空区以上各种类型的地下水以及上覆煤层采空积水都会沟通，对矿井造成威胁，据现有资料，原东街煤矿15号煤层井下有小窑破坏区，在巷道掘进过程中发现有积水。

根据《山西煤炭运销集团中岳煤业有限公司采（古）空区积水、积气及火区调查报告》，井田内3号煤层老空区积水总量494883m3，如3号煤老空区积水量估算表所示；虽然回风立井在延深前排放了部分积水，但因2011年大气降水较多，通过地表裂缝渗透到采空区，所以采空区积水量仍不可低估，威胁依然存在。

表3号煤老空区积水量估算表

采空积水区编号

积水区水平投影面积（m2）

平均采高（m）

煤层倾角

（°）

积水量

（m3）

采空区所属煤矿

Q3-1

164030

5.90

3

241944

原中窑煤矿北部

Q3-2

46835

6.22

2

72828

原中窑煤矿北西部

Q3-3

112219

6.42

2

180111

西南部小窑破坏区

合计

2、相邻矿井老空水

井田西与山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿相接，北、东、南均无矿井。

据《山西煤炭运销集团中岳煤业有限公司采（古）空区积水、积气及火区调查报告》，大阳煤矿与本矿井相邻区域已大面积采空，采空区积水量为70012m3。

该矿井和本井田之间虽有保安煤柱，但不排除采空区积水通过各种途径渗入本井田。

四、矿井水文地质类型

1、井田3号煤层为以裂隙含水层充水为主的矿床，位于当地侵蚀基准面以下，煤层与各上覆含水层之间的岩层较稳定，主要充水含水层富水性均弱，地下水补给条件差，隔水性较好；但3号煤层埋藏浅，存在老空、采空积水，因此该矿井3号煤水文地质类型为中等。

2、井田9、15号煤层均为以裂隙含水层充水为主的矿床，位于当地侵蚀基准面以下，煤层与各上覆含水层之间的岩层较稳定，主要充水含水层富水性均弱，地下水补给条件差，隔水性较好；奥灰岩溶含水层静水位低于开采煤层底板，对井田煤层开采无影响；但煤层开采后导水裂隙带均会沟通上部采空区积水，因此该矿井9、15号煤水文地质类型为中等。

第二章副斜井探放水设计

一、探水区副斜井及其附近概况

1、中岳副斜井地面位于王家庄村东，井口坐标为：

（3952021,19660118,929.287）、方位165°、井筒倾角22°，设计斜长507m，为辅助运输井，担负矿井设备、材料和矸石、人员的运输任务，同时兼作进风井和安全出口。

井筒断面尺寸为：

4.0×3.6m，断面形状为半圆拱形，净断面积为12.7m2，敷设排水管、压风管、灌浆管和动力通讯电缆。

2、副斜井表土段采用混凝土支护，厚度400mm，且碹体向坚硬岩层内延伸至少5m；基岩段采用锚喷支护方式，喷射混凝土强度等级为C20，厚度为120mm。

遇基岩破碎带时，加锚索补强。

副斜井铺底厚度150mm，铺底混凝土强度等级为C25。

3、3号煤层赋存于井田西部，目前已大部分采空，副斜井位于王家庄村庄煤柱东侧，西部为王家庄村庄煤柱，巷道附近有老空积水区，在巷道穿过3#煤层时，到底是村庄煤柱还是3号煤采空区，不能确定；如若是采空区，采空范围、积水量、水压不清楚。

二、探放水目的

1、本钻孔的主要目的是探测在副斜井穿过3#煤层时，到底是煤柱还是采空区。

2、如若是3#煤层采空区，探测是否有积水并排放积水，以消除水患对井巷工程施工的威胁，确保安全生产。

三、设计依据

1、探放水类型：

探放副斜井穿过3#煤采空区时可能存在的积水。

2、矿井要配备两台ZYW-1200型矿用液压钻机，配备Φ75mm和Φ113mm硬质合金刮削型钻头，Φ50mm钻杆，钻杆每节长0.8m，钻杆数量150根，全部使用水力排粉，钻孔均采用无芯钻进。

四、探放水钻孔参数设计

1、探水线、警戒线的确定

预计副斜井掘进240m揭露3#煤或其采空区，巷道施工至距井口100m时巷道即到达警戒线，就应警惕积水的威胁，注意迎头及巷道两帮的变化，发现异常应立即停止掘进，进行提前探水；巷道施工至距井口160m（斜距）时即到达探水线位置，必须停头打钻探测。

2、超前距离、帮距的确定：

探放水时，超前距离（斜距）保持不少于50m，确保钻孔终孔位置距巷帮距离不小于20m。

3、允许掘进距离

经每次探放水证实无水害威胁，经矿地测科、通风科、生产科、钻机队及监理单位联合验收合格后，由地测科下发允许掘进通知单后，方可在允许的安全距离内掘进，在掘进过程中始终保持50m以上的超前距离。

4、套管规格及固定方式

钻孔开孔孔径为Φ113mm，钻进10m后下设止水套管为Φ108mm的无缝钢管10m，每节套管长度2m，使用内丝外丝连接，丝扣长度为100mm，要采用绷带、麻纤包裹孔口管以增大摩擦力，必要时用水泥固结，防止套管鼓出，外端使用法兰盘和阀门连接；再用Φ75mm钻头进行深孔钻进。

5、钻孔参数

探放水钻孔在巷道迎头布置，分别为1＃~7#钻孔为一组，孔间距1.0m或0.5m，2＃、3＃钻孔终孔处距巷帮20m，钻孔方位角及倾角允许误差±1°，均采用无芯钻进。

每次打钻必须成组打设，钻孔设计参数如下表:

孔号

方位角

倾角

钻孔深度

距底板距离

钻孔结构

1＃

165º

-22º

80m

1.0m

0-10m探孔

φ113mm，

下φ108mm止水套管10m，

10m以深探孔φ75mm

2＃

180º

-22º

83m

1.0m

3＃

150º

-22º

83m

1.0m

4#

165º

-36°

91m

0.5m

5#

165º

-16°

83m

1.5m

6＃

125º

-22º

26m

1.0m

7＃

205º

-22º

26m

1.0m

6、排水系统

巷道前头安装两台MD85—45×7型水泵，配套电机132KW，接有Φ159×6mm排水管,直接排至地面。

7、探放水效果确认方法标准

钻孔按设计要求打到煤层顶底板时，解除前、上方水害威胁。

探放水单孔验收有地测组织机电、安全、生产、调度各科室相关人员参加，填写验收单。

8、探放水设计附图

⑴.探放水钻孔布置平面及剖面图；

⑵.钻孔布置断面图；

⑶.副斜井预想剖面图。

第三章安全技术措施

一、安全技术措施

（一）安装钻机探放水前必须对钻探巷道迎头10m范围内要进行检查，永久支护必须跟头，迎头岩石破碎易片时要打锚杆加固，探放水期间巷道内无杂物，净高达到3m以上；钻孔方位及坡度由地测防治水科测量人员用经纬仪和坡度规标定，不经过技术人员同意不得擅自改动钻孔参数，施工时方位角误差不得超过±1°。

（二）探放水期间材料准备

由施工队在探放水前在钻场附近合适位置，备足探水钻杆150根，钻头5个，45根2m长的套管，5个法兰盘和5个配套的闸阀，做到有备有用，备足海带和棉纱，备足必须用的工具。

探水地点由施工队负责在打钻地点配备两台灭火器和不少于50Kg黄土。

（三）探放水前准备工作

1、钻机在装卸、运输过程中必有有专人负责，做到保证人员和保护好钻机不受损坏。

钻机安装时底部用道木垫实，再将钻机支撑架站稳站牢，保证钻机架牢固可靠，固定好钻机后，仔细检查钻机各部件安装是否正解，并用手转动其各有关部件是否灵活，如有问题应及时解决，由钻机队负责。

2、铺设风、水管路至迎头5m处，探放水期间保持正常通风排水，并悬挂瓦斯和一氧化碳探头至规定位置。

3、由调度室负责在打钻地点10m范围内安装一部通讯电话并安排专人管理，随时保持井上下联系。

4、施工方及机电科负责安排铺设排水系统，指定专人检查、看守、维护排水设备，确保系统运行可靠。

5、地面排水沟要有专人检查疏通，保持流水通畅。

（四）探水施工中的技术要求

1、钻进时应准确判别煤、岩层厚度并记录换层深度。

（一般要求：

每钻进10m或更换钻具时，测量一次钻杆并核实孔深。

终孔前再复核一次，如有可能应进行孔斜测量。

在钻进中，一旦发现“见软”“见空”“见水”和变层，要立即停钻，丈量残尺并记录其深度。

）

2、钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻现象时，必须立即停钻，并立即关闭闸阀，记录其孔深并同时将钻杆固定，但不得取出钻杆。

要立即向矿调度室汇报，及时采取措施进行处理。

3、钻进中随时检查瓦斯浓度、气体成分，如果瓦斯或其他有害气体浓度超过有关规定时，应立即停止钻进、切断电源，将人员撤到有新鲜风流的地点并及时向矿调度室汇报。

4、钻孔内水压过大或喷高压水时，应采用反压和防喷装置的方法钻进，并对孔口管和迎头篦子进行加固防止孔口管和煤（岩）壁突然鼓出的措施。

5、遇高压水顶钻杆时，可用立轴卡瓦和逆止阀交替控制钻杆，使其慢慢地退出孔口，操作室禁止人员直对钻杆站立。

6、在钻进中，若发现孔内涌水时，应测定水位（压）、涌水量，丈量深度并做好记录。

7、探放水期间，巷道内机电设备由机电科负责每天进行一次失爆检查，杜绝失爆，保证完好。

机电科要派专业熟悉并能维修钻机的人员，及时下井对钻机进行检查维护，保证钻机状态完好。

8通风科要安排专人对打钻地点的瓦斯等有害气体进行检查。

施工队打钻时迎头要悬挂便携式瓦斯报警仪，并与县挂的瓦斯传感器相对照，保证其准确、灵敏可靠，瓦斯超限时，要求打钻人员停止，切断电源，并报矿调度室，听从指挥并积极进行处理。

（五）、探放水的技术要求

1、探到水后，要观测水压、水质、水量和估计积水量或补给量。

根据排水能力，控制放水的流量，并清理水沟等。

2、加强放水地点的通风，增加有害气体的观测次数。

3、必须监视放水过程，放水结束后，立即核算放水量与预计积水量的误差，查明原因。

（六）、现场验收

（1）开孔

（2）套管（3）单孔、终孔。

每个钻孔下入孔口套管前、每个钻孔达到终孔设计深度时及每回次探放水首个钻孔固定好孔口套管准备进行深孔钻进探放水时要及时向地测防治水科进行汇报，由矿总工程师组织各生产部门现场监督、落实、验收，做到有验收，有记录，实行谁验收，谁签字，谁负责。

（七）、探放水效果的确认

1、钻孔按设计要求打到煤层顶底板时，解除前方、上方水害威胁。

探放水单孔验收由地测科组织，机电、安全、生产、调度各科室相关人员参加，做到有验收，有记录，实行谁验收，谁签字，谁负责；严格执行“不探不掘”的原则，每日向矿有关部门报送钻探成果，报表样式附后。

2、在巷道恢复掘进过程中，应随时丈量巷道实际距离，探水地点做好标记，及时核实允许掘进安全距离，在巷道掘进过程中时刻保持30m的超前距，并采取短钻疏水措施，防止实际掘进距离超过允许的掘进距离，以保安全。

3、由于探水孔呈扇形分布，控制面积较大，但是随着巷道的前进，探水孔的间距离会越增大，巷道有可能进入两钻孔之间的空白区（即探水盲区），积水位置可能被漏掉，在这种情况下，掘进巷道可用长钎子对正前方或斜方打眼补钻，防止意外。

4、在掘进过程中，如果打炮眼时，沿钎子方向外流水，应及时停止作业，水压大时，钎子不能拔出，并加以加固，另做探放措施。

（八）、其他执行《煤矿安全规程》、《煤矿建设安全规范》及副斜井施工作业规程及相关措施。

二、探放水工操作规程

1、每台钻机操作人员不少于3人，并明确责任分工，机长（班长）为当班安全技术与操作第一责任者。

2、司机必须熟悉钻机主要结构、性能和工作原理，掌握一般液压传动基础知识，能熟练操作维护和维修。

3、施工前钻工必须学习本钻探施工技术安全措施，掌握施工目的、工艺和技术要求，熟悉预防灾害措施和矿井避灾路线。

4、探水人员必须经过培训，持证上岗。

5、根据现场条件自制钻车或钻架，固定好钻机。

6、在钻孔过程中，若发生钻杆变形或卡钎，应立即停钻检查，能否退钻或是否遇到硬岩卡钻，还是由于磨钝或崩片等情况，都要按具体情况做相应处理。

7、探水钻机的附近不得站人，以防高压水将钻杆顶出或手把翻转打人。

三、透水预兆及避灾路线

避灾路线：

副斜井掘进工作面→副斜井→地面。

矿井透水前的主要征兆：

1、挂红。

矿井水中含有铁的氧化物，在它通过煤岩裂隙而渗透到采掘工作面煤岩体表面时，会呈现暗红色水锈，这种现象叫挂红。

挂红是一种出水信号。

2、挂汗。

积水区的水在自身压力作用下，通过煤岩裂隙而在采掘工作面的煤岩壁上结成许多水珠。

3、水叫。

含水层或积水区内的高压水，向煤岩裂隙挤压时，与两壁摩擦会发出“嘶嘶”叫声，这说明采掘工作面距积水区或其他水源已经很近了。

4、空气变冷。

采掘工作面接近积水区域时，空气温度会下降，煤壁发凉，人一进入工作面就有凉爽、阴冷的感觉。

5、出现雾气。

当采掘工作面气温较高时，从煤壁渗出的积水，会被蒸发而形成雾气。

6、顶板淋水加大；顶板来压，底板鼓起。

7、工作面有害气体增加。

积水区向外散发瓦斯、二氧化碳、硫化氢等有害气体。

8、裂隙出现渗水等。

如果出水清静，则离积水区较远；若浑浊，有臭味，则离积水区已近。