2110材料巷探放水设计.docx

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2110材料巷探放水设计

山西汾西正令煤业有限责任公司

2110材料巷探放水设计

编制单位：

地测科

二零一三年月日

根据《煤矿防治水规定》规定，为确保能够及时掌握2110材料巷掘进前方及附近含水层的情况，避免事故的发生。

在掘进过程中，严格遵循“有掘必探，先探后掘，有疑必探，先探后掘”的双性质探放水原则，根据工作面实际情况，进行探放水，特制定本设计方案及措施。

一、工程概况

2110材料巷地面位置位于上令狐村以东610m处，地面无建筑物，多为梁、峁、冲沟。

巷道设计长度1727m，沿2#煤层顶板施工，方位角0°，巷道宽度4.4m，中高3.0m，断面积13.8㎡。

工作面井下位置位于回风大巷以北，东西部均为实体煤层，垂直上下方无采空区，井下标高：

+210.0～390.0m之间。

二、水文地质情况

1、地表水

工作面所在位置地表无任何水体，地表水仅有季节性降水，因工作面距离地表垂深较大，且地表黄土层覆盖较厚，季节性降水对该工作面几乎没有影响。

2、含水层

由三叠系及二叠系砂岩K8、K10、K12、K13、K14组成，富水性较弱，除K8外，对煤层均无影响。

K8砂岩含水层为2#煤的间接顶板，与砂岩直接顶板为2#煤的直接充水含水层。

K8砂岩含水层主要接受地表水的渗流，但因本井田无常年流水的地表河流，地表黄土层覆盖较厚，雨季降水无法渗透，故地表水对K8砂岩含水层补给很小。

底板3层石灰岩，即K2、K3、K4石灰岩，K灰岩顶面含水较丰富，根据《煤矿防治水规定》K灰水突水系数计算，2#煤层K灰水最大突水系数为0.058Mpa/m，小于底板受构造破坏段突水系数值最大值（临界值）0.06Mpa/m；另外，从2109材运两巷掘进期间的实际观测分析，该工作面底板突水性较小。

3、奥灰水

奥灰水位标高为582-583m，根据井田内钻孔揭露，2#煤层底板到奥灰顶面距离117.50-140.10m，平均129.46m。

根据《煤矿防治水规定》奥灰水突水系数计算，2#煤层奥灰水最大突水系数为0.0409Mpa/m，小于底板受构造破坏块段突水系数值（临界值）0.06Mpa/m，在正常地段，开采2#煤层K灰及奥灰水对掘进影响不大，无突水危险。

但由于井田有断层存在，本区域在583m以下标高地段，煤层存在带压现象。

三、地质情况

根据本井田地质资料分析及2109材运两巷实际揭露情况，工作面掘进期间预测会遇到多条断层，大小不等，必须坚持“预测预报、有掘必探，先探后掘、先治后采”的原则，及时进行超前探放水工作，确保安全生产。

四、工作面主要水害

1、结合本井田地质情况与水文地质资料综合分析，该工作面掘进过程中主要水害威胁为构造导水。

2、工作面涌水量预测

预计最大涌水量：

12m³/h，正常涌水量：

3m³/h。

五、设计目的

1、探查前方地质构造，消除构造导水对该工作面施工造成的威胁。

2、对物探低阻异常区钻探验证，消除突水危险。

六、物探方案设计

采用“物探先行，钻探跟进”的探放水方法对本掘进工作面进行探放水工作，即掘进前方必须先进行物探工作，然后钻探验证，留足安全距离，循环作业。

由于我矿现物探仪器配备不全，物探工作由孝义公司地测部物探小组来完成,选用[YCS40（A）型矿用[MA]本质安全型瞬变电磁装备系统，每次对工作面正前及周围80m范围内的顺层、底板及顶板进行探测。

每次物探结束后进行钻探验证，循环作业，保证工作面的掘进距离在物探和钻探验证后的允许掘进范围之内。

1、井下瞬变电磁探测系统基本工作方法

于地面或井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。

断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。

衰减过程一般分为早、中和晚期。

早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小，而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。

通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。

2、井下瞬变电磁探测系统参数设置

针对探测目标体的深度和范围，YCS40（A）型矿用瞬变电磁仪具有多套功能参数设置，可进行针对性的选择合适的一套参数设置。

正常情况选择的技术参数如表1-1所示。

表1-1瞬变电磁超前探测系统参数设置表

仪器参数设置

装置参数设置

发射电压

7.0V

发射边长

2m

发射频率

8.3Hz

发射匝数

9匝

叠加次数

32

电阻要求

<=10

抑制系数

3

接收边长

2.0m

测道数

40

接收匝数

18匝

4、井下瞬变电磁仪使用环境和工作条件

（1）环境温度：

0℃～＋40℃；

（2）平均相对湿度：

≤95%（＋25℃）；

（3）大气压力：

80～106kPa；

（4）无强烈振动和冲击场合；

（5）无损坏绝缘的腐蚀性气体场合；允许在有瓦斯、煤尘的矿井中使用。

5、井下瞬变电磁探测间距及特点

由于井下特殊施工环境，矿井瞬变电磁法主要有以下几方面的特点：

（1）由于井下测量环境与地表不同，不可能采用地表测量时的大线圈（边长大于50m）工作装置，只能采用边长小于3m的多匝小线框，因此与地面瞬变电磁相比具有数据采集工作量小，测量设备轻便、工作效率高、成本低等优点；

（2）由于采用小线圈测量，点距更密（一般为2-20m），体积效应降低，横向分辨率提高；

（3）井下测量装置距离异常体更近，异常响应幅度大，大大提高测量信号的信噪比，实际测量表明，井下测量信号的强度比地面同样有效面积的相同装置（大于30ms时间段）强，而地面测量信号在衰减到一定时间段（一般小于15ms）就被干扰信号覆盖，无法识别有用异常信号；

（3）小线框发射电磁波的方向性明显，井下超前探测时，探测目标区域更具针对性；

（4）受发射电流关断时间影响，早期测量信号畸变，无法探测到浅层的地质异常体，一般存在10～20m左右的浅部探测盲区；

（5）井下施工时，测量数据容易受到金属物（采煤机械、变压器、金属支架、排水管道、铁轨、锚杆、锚链网等影响因素不利于瞬变电磁对低阻异常体的信号接收即“低阻污染”现象，巷道中金属影响程度不同将造成测点间数据不一致性，需进行校正或剔除。

6、物探方案及工程量：

物探方案：

每次物探有效距离为80米，钻探验证距离为70米。

再进行物探，依次循环进行。

工程量：

预计2110材料巷物探次数为22次。

7、物探结果分析：

对物探数据预处理、数据核心处理后，必须结合地质及水文地质资料进行综合分析总结，如有异常区出现，必须圈定异常区范围、确定异常性质及含水性，然后另行编制异常区钻探验证专项方案，及时对异常区打钻验证，消除隐患。

七、钻探方案设计

1、钻探设备选择

ZDY650（MK-3）型全液压钻机，钻杆长度1.0m,钻头直径50mm、42mm的两种。

2、探放水的步骤

①先物探，后钻探。

②探放水工作随掘进工程的进展向前移动，即物探→钻探→掘进循环进行。

如遇特殊变化，需加大钻孔密度。

3、探水参数确定

根据地质报告和周围情况可知，主斜井掘进范围内无老空积水威胁，另外2#煤层顶板砂岩含水层富水性较弱，底板K灰及奥灰突水系数小于底板受构造破坏段突水系数值最大值（临界值）0.06Mpa/m。

正常情况下，K灰及奥灰水对工作面影响不大，且在正令煤业井下有奥1#、4#观测孔正在进行疏压排水，无突水危险。

因此主要探放裂隙含水层水及巷道前方地质构造导水。

①探水位置：

工作面迎头为探水位置，钻孔孔深70m左右。

②超前距：

结合《煤矿防治水规定》第九十八条规定，确定钻孔超前距30m。

③允许掘进距离（经探水证实无水害及老空区威胁，可安全掘进的距离）：

探水钻孔有效深度减去超前距，即允许掘进距离。

④帮距：

为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离，根据现场实际及《煤矿防治水规定》规定，并结合我矿水文地质情况，帮距取20m。

4、探放水水孔水量分析

根据地质报告及相关水文资料可知主斜井掘进范围内并无老空积水的威胁，钻孔涌水量主要来自砂岩含水层（富水性弱）和静压水，以及可能出现的导水构造所带来的少许水量。

综合以上，预测探放水水孔水量为3m³/h。

5、钻孔数目及布置方案

①具体布孔方案及钻孔数目根据《煤矿防治水规定》中的有关规定及工作面实际情况结合物探异常区确定，一般以扇形及半扇形布置。

②一般情况在巷道掘进方向水平面和竖直面内呈扇形布置，工作面迎头布置3个探放水钻孔：

中孔1个，左右帮各1个孔。

中孔方向沿巷道中心线布置，沿煤层°，距巷道两帮2.75m,距底板1.5m。

右帮孔距巷道右帮1.35m，距底板1.0m，左帮孔距巷道左帮1.35m，距底板1.0m。

左右帮孔与巷道顺层方向的夹角以终孔控制掘进巷道左右侧外各20m为准。

附表：

钻孔参数表

孔号

方位角

倾角

钻孔深度

1＃

0°

+6°

70米

2＃

345°

-30°

73米

3＃

15°

-30°

73米

详见探放水钻孔布置图。

③如遇特殊变化或物探异常区，地测科可根据实际情况调整布孔角度和数目。

④施工顺序：

先施工两侧底板孔，再施工中孔，当施工过程中遇地质变化，或无法钻进时，重新调整打钻位置进行补孔，并加密钻数量孔，以探明前方构造导水性，必须消除水害隐患，否则不得进行施工。

⑤每次物探后根据情况参考本设计制定具体验证异常区方案。

6、钻孔质量要求：

①钻孔位置准确，钻孔方位、倾角由地测人员核定，角度偏差不大于0.5°。

②判断层位误差小于0.5％，孔深误差小于0.5％。

③原始记录书写工整，内容齐全、数据可靠。

④孔口管长度为10米。

7、单孔设计：

根据新标准，采、掘工作面超前探测设计可不进行孔口管设计。

警戒线以内探放水工程执行《煤矿防治水规定》第94、96条有关规定。

依据水文地质资料及物探成果分析报告，掘进前方及周围无异常区，在做一般超前探放水钻探时，可以不设孔口承压套管。

经物探分析报告前方存在异常区，或接近导水断层等情况时，应按《煤矿防治水规定》要求安装孔口承压套管，为确保孔口承压套管的牢固可靠，开孔位置应尽量选择在岩层比较完整、坚硬的地方。

钻孔开孔孔径为Φ89mm，钻进9.5m后下设套管为Φ66mm的无缝钢管10m（外露0.5m），每节套管长度2m，使用内丝外丝连接，丝扣长度为100mm。

外端焊法兰盘和阀门连接。

钻孔必须安装孔径89mm的孔口管和直径为66mm的水门。

承压套管要用高压注浆泵进行水泥固结，使套管与岩体成为一体，套管下放凝固至规定的时间后，进行扫孔，然后进行压水耐压试验，试验的压力不得小于3Mpa，稳压时间必须至少保持半小时，孔口周围不漏水，孔口管牢固不活动，即为合格，否则必须从新注浆。

合格后用直径为42mm钻进至终孔。

八、探放水的管理流程

1、探放水设计的编制与审批

（1）巷道开口前由地测科根据“防治水规定”在采掘地点探水前3—8日内负责编制探放水设计。

（2）探放水设计编制完成2日内由地测科长、总工程师逐级审批后组织实施并对探水队进行贯彻学习。

2、发放停止掘进通知单

地测科及时掌握掘进位置，探放水位置衔接准确，当到达安全外围线提前给施工单位发放停止掘进通知单。

3、现场位置的标定

每次钻探前，由地测科负责对探放水现场位置与角度的标定。

由掘进施工单位负责探水位置的控制。

4、施工与监督

由地测科负责探放水过程的管理、钻探资料的收集，探放队填写好探放水打钻原始记录。

由安监处负责对探放水施工的监督和检查。

5、验收

由地测科牵头安监处配合进行验收，并填写验收单，如验收不合格，必须补孔，不得进行生产施工。

6、允许掘进的通知

探水验收合格后由地测科编制探放水允许掘进通知单，并填写在探放水管理牌上指导探水——掘进——探水循环作业，经有关领导审批签字，然后下发队组允许掘进组织生产。

7、正常掘进与停止掘进的通知

由探放队制定正常掘进过程中的探放水技术措施，当接近允许掘进距离时，及时下发停止掘进通知单。

九、探放水技术要求

1、钻孔探到水后，要观测水压、水质、水量和估计积水量或补给量。

根据现有排水能力及水仓容量，决定是注浆堵水还是放水。

控制放水孔的流量或调整排水能力，并清理水仓、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、必须监视放水全过程，放水结束后，应立即核算放水量与预计积水量的误差，查明原因。

4、实施放水前，应将水仓存水排完，检查各水泵的完好情况，发现和隐患及时排除。

5、掘进头临时排水泵处，除司泵工外、电钳工外、还应设置有瓦斯员和安全员两人组成的监护小组，发现涌水大于排水量时，及时停电撤人，发出警报，并报告调度室。

十、出水预兆及遇险撤人

1、工作面出水预兆

巷壁挂汗：

温度下降，空气变冷，雾气产生；有煤层时煤层发潮、暗沉沉有害气体增高，呼吸困难，头痛；顶底板压力变大，底板鼓起并有渗水、淋水；出现压力水流并有“嘶、嘶”水叫声；巷道挂红，有异味等出水预兆情况。

2、遇险撤人

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，以及顶钻等异状时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人员应立即向矿调度室报告，并派人监测水情。

如果发现情况危急时，必须立即撤出所有人员，然后采取措施，进行处理。

十一、施工安全技术措施

1、严格按照《煤矿安全规程》和《钻探操作规程》及集团公司探放水的有关规定执行。

2、钻机安装：

①钻机必须安装在巷道中间。

②钻探人员进入工作地点严格执行“敲帮问顶”，加强钻机附近的巷道及顶板的支护，确保钻探现场的安全。

③安装前要检查、整修设备，钻机安装时，要先将钻房底板浮石清理干净。

3、现场钻探人员，必须经过专门培训，考核合格并取得证书才能上岗，施工过程中要分工明确，严格按照钻探设备操作程序及安全注意事项操作，各工种配合好，叫应一致。

4、队组要积极配合探放水工作，配合探放水人员把作业工具搬运到施工现场，并负责现场的电力供应。

钻探前排水管路及潜水泵要及时安装到工作面，清挖水沟，并安排专人负责排水，确保及时排水。

5、每次下钻后，必须先用水接头向钻孔内充水，待孔口返出水后再钻进，否则不准开钻，严禁干打眼，出现埋钻、咬钻等事故，追究班、组长责任。

6、施工现场附近必须安设电话并有专门的瓦检人员，钻进过程中，如孔内喷瓦斯，钻房内瓦斯含量超过0.8％时，立即停钻，抽出钻杆，用粘土封住孔口，汇报区队及调度室。

7、钻进过程中发现有毒有害气体喷出时，应立即停止钻进、切断电源将人员撤到有新鲜风流的地点。

立即汇报调度室，采取相应措施。

8、加强探水地点的通风，增加瓦斯及有毒有害气体的观测次数。

9、巷道迎头打钻后方低洼设临时水仓，打钻前安好潜水泵及排水管路。

临时水仓储水量不小于3m³，并配置15KW潜水泵以及4寸排水管路（水泵不少于2台，一台备用）。

10、工作面的积水通过水仓水泵排至排水管路经上级水仓等，逐级排至地面。

11、钻孔位置必须由地测技术人员现场标定。

没有特殊情况所有钻孔钻至设计要求终孔。

12、钻孔内水压过大时，应采用反压和有防喷装置的方法钻进。

13、正确判断层位。

通过观察孔口出水颜色、岩粉及钻进压力等，判断孔内岩层变化情况，变软、变硬、孔内出水、水量增大、塌孔时，要立即停钻，丈量残尺，计算孔深，填写原记录。

14、钻孔探后出水时，要观测水压、水质、水量等。

根据矿井排水能力及水仓容量，控制放水孔的流量或调整排水能力，并对水的来源做出正确判断，采取相应的措施。

15、钻进时，发现围岩松动、来压或孔中的水压、水量突然增大、以及有顶钻等现象时，必须立即停钻，记录其孔深并同时将钻杆固定。

要立即向矿调度汇报，及时采取措施，进行处理。

16、维修工、电工及钻工，要随时对钻探设备和电器设备进行检查维修，发现问题，及时处理。

如现场无法处理时，要及时汇报区队。

17、施工人员必须熟悉本工作面避灾路线，确保意外时安全撤离。

18、如遇其他特殊情况，应及时向矿调度室汇报。

19、如有重大水情发生，根据情况启动相应级别的应急预案。

十二、安全技术措施及注意事项

1、在地质异常区域进行超前钻探时，必须采用相应的技术手段或方法确保超前钻探施工的安全（如安装控水装置等），以防止突水事故的发生。

2、超前钻探施工现场无设计及安全技术措施的，不准进行超前钻探工程施工。

1）、钻探过程中的技术指导和资料要及时上报。

2）、钻探，要做好记录，记录的各项数据必须如实填写。

3）、打钻结束，及时对资料加以整理和分析，排除干扰因素，确保预报的准确性和打钻的连续性。

4）、“掘探”工程工作面要悬挂打钻记录牌板，并按要求填写清楚各项内容，记录牌板要及时跟进。

5）、钻探过程中发现有异常时，要及时向调度室汇报，并根据实际需要进行补打钻孔。

3、掘进时，打钻前，迎头要铺设排水管路和水泵，以免造成迎头积水不能进行钻探作业。

4、打钻人员进入作业现场，必须先敲帮问顶，仔细检查作业范围内的帮顶安全状况，发现不安全因素，必须先进行处理，固定钻机时，必须将钻机固定在安全可靠的地方，同时将钻机固定牢固平稳，确保打钻安全及参数的准确性。

5、要经常检查作业现场瓦斯等有害气体，瓦斯浓度超过1％时，停止作业，并采取措施，降低瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到1.5％；要停电撤人，并向调度室汇报有关情况。

6、作业前，要提前清理好现场，安排作业人员对作业地点附近进行洒水灭尘，煤帮、顶、底冲洗后，方可进行打钻作业，并及时排干打钻回水。

7、打钻时，打钻人员要严格执行作业规程。

8、打钻过程中，孔内发生喷水、喷瓦斯、喷煤、顶钻等现象时，应立即停钻，撤出人员，切断电源，严禁拔出钻杆，并立即向调度汇报，由调度通知相关部门及有关领导，发生煤与瓦斯突出现象时，按《煤与瓦斯突出事故预防及应急处理预案》进行处理。

9、打钻过程中，发现煤岩松软，片帮、来压或孔内发生水压、水量突然增大，顶钻、水有异味、煤壁挂汗、空气变冷、水叫等现象时，要停止打钻，切断电源，不得拔出钻杆，撤出人员，并向调度室汇报，由调度室通知相关部门及有关领导。

发生水害时按《水灾应急处理预案》进行处理。

10、钻进完成后，钻孔内要放入木棒或PVC管，以便于随时查找，验证钻孔情况。