探水设计内容.docx
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探水设计内容
第一章设计依据
一、设计依据：
本设计的编制，依据北翼皮带巷掘进工作面的设计方案、生产技术科2011年9月份编制的《北翼皮带巷掘进地质说明书》、本矿探水设备性能、《煤矿安全规程》、《煤矿防治水规定》、《长治市煤矿防治水暂行规定实施细则》《荆宝煤业工种岗位责任制》及该掘进工作面的水文地质条件等编制而成。
二、掘进工作面位置：
北翼皮带巷掘进工作面地面位置位于杨仙岭村庄以东，地面为农田和荒地。
井下位置位于原花宝矿沟南轨道巷南部，向南延伸掘进,与我矿现主斜井贯通。
本工作面西侧为北翼联络巷，东侧为原三荆沟矿老采空区。
巷道起点为原花宝矿沟南轨道巷，终点为我矿主斜井井筒下段。
工作面地面标高在1050米左右，工作面标高在845—850米之间，埋深200m左右。
第二章工程概况
一、掘进工程概况：
1、施工目的：
该巷道掘进完工后，安装皮带运输机，担负矿井北翼采区的运煤任务。
2、巷道名称：
北翼皮带巷。
3、巷道断面：
设计巷道断面形状为矩形，巷道净宽×净高=4m×3m，净断面为12㎡；
4、支护方式：
本巷道采用锚杆、锚索、钢筋梯、金属网联合支护方式。
顶、帮锚杆排距均为0.90米，顶锚杆间距0.70米，长度为2.4米，每排6根；帮锚杆间距0.80米，长度为2.0米，每排4根；上、下锚杆距顶、底板高度均为0.20米；
巷道两帮均采用树脂锚杆进行支护，长度均为2.0米。
顶锚索排距1.80米，在隔排锚杆的中间空档内布置，锚索间距2.0米，在巷道顶板按照巷道宽度平均分开距离打，每排2根；锚索长度均为10米。
5、设计长度：
北翼皮带巷掘进工作面总长度为360m；其中：
南北方向段260m，东西方向段100m。
6、巷道坡度：
该巷道设计顺煤层近走向布置，沿煤层底板掘进，巷道真方位角南北方向段360°掘进260m，然后向西拐弯按270°掘进100m，与主斜井底部贯通，预计巷道坡度在0～100之间。
7、施工工期：
掘进时，考虑去掉探水时间，计划从2011年11月1日起施工，到2012年1月31日结束，施工总工期3个月（合90天）。
二、周边关系：
北翼皮带巷掘进工作面西侧约100m处为北翼联络巷，两巷道之间为村庄保护煤柱；东侧60m以外为原三荆沟矿老采空区。
巷道起点为花宝矿沟原南轨道巷，终点为我矿主斜井井筒下段。
3、附图：
北翼皮带巷采掘工程平面图及探放水位置图
第三章水文地质特征
一、地质构造：
根据附近已掘进的巷道资料分析，北翼皮带巷掘进巷道位于井田中部背斜的北翼，掘进区内褶曲、断层均不发育，不存在岩溶陷落柱等地质构造。
二、煤层：
工作面位于山西组中下部3#煤层，沿煤层底板掘进。
煤层距地表埋藏深度200m左右，煤层厚度稳定，全区可采，根据附近掘进巷道揭露，本掘进区煤层平均真厚度5.8m左右，含一层夹矸，分为二个自然层，其结构为4.5（0.1）1.2，煤质为瘦煤，煤层硬度中等，普氏硬度系数小于2。
附图：
北翼皮带巷掘进工作面煤层综合柱状图：
表1：
北翼皮带巷掘进工作面煤层顶底板岩性特征表
序号
项目
内容说明
1
煤层顶底板岩性描述
顶板岩性
基本顶：
中细粒砂岩，胶结致密，层理发育，为Ⅱ级顶板，
来压步距经验值为22～27m；厚度5～10m。
直接顶：
粉沙岩、砂质泥岩，为灰、深灰色，层理明显；
厚度5.2m左右。
伪顶：
泥岩，深灰、灰黑色，松软易碎。
厚度0～0.20m。
底板岩性
直接底：
泥岩，灰黑色，松软，富含炭质，遇水易膨胀，
厚度0.05～0.2m。
老底：
砂质泥岩，灰、灰白色含砾粗砂岩厚度6.5～19m。
巷道所处层位
巷道位于3#煤层中，沿煤层底板掘进
2
开采技术条件
采区煤层瓦斯情况
矿井属低瓦斯矿井，根据附近北翼联络巷掘进工作面的瓦斯涌出情况分析，预计本巷道掘进时，正常瓦斯绝对
涌出量在0.4m3/min左右，最大瓦斯绝对涌出量在0.52m3/min左右。
突出危险性
无煤与瓦斯突出危险性
煤尘
煤尘火焰长度20mm，岩粉用量60%，煤尘具有爆炸性
煤层自燃倾向性
煤层自燃等级：
三，自然倾向性为不易自燃
地温
本掘进工作面正常地温10～16摄氏度，无地温异常区
三、水文地质特征：
1、地表水：
据襄垣县气象资料，本区多年平均降水量532.80mm，多年平均蒸发量1768.4mm，蒸发量大于降水量3倍多，降水量主要集中在7、8、9三个月内。
由于地表坡降大，大气降水大部分以径流的形式流出本区，入渗补给量较小，据调查，采区范围内第四系地层中水量很小，大气降水及地表水对矿井充水影响不大。
矿区属海河流域漳河水系，井田范围内无长年性流水，雨季沟谷中有短暂流水。
本采区地面为丘岭荒原，无积水。
根据2011年中国矿大防治水专家的研究报告，地表至开采煤层之间存在有厚层的软塑性岩层，起隔水作用；雨季时，地表水不会渗漏到矿井下。
2、含水层：
井田内含水层可划为以下四类含水岩组：
松散岩类孔隙含水岩组；二叠系碎屑岩类裂隙含水岩组；太原组碎屑岩～碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组；碳酸盐类岩溶裂隙含水岩组。
（1）第四系松散岩类孔隙含水岩组：
本井田范围内分布广泛，厚度0～25m，一般厚度15m左右。
由砂质粘土、砂土、粉砂和砂砾组成，其富水性取决于砂砾石大小及厚度，涌水量的大小受大气降水补给影响较为明显，为强～中等风化，该层正常情况下无水，主要为接受大气降水入渗的通道，水文地质条件简单。
（2）二叠系碎屑岩裂隙含水岩组：
该含水岩组岩性为浅灰、灰白色粗、中、细粒砂岩。
经钻探岩芯和测井资料对比，该层段一般岩芯较完整，局部岩芯破碎，垂直裂隙发育，含水层厚度100.55m，经井田深部的ZKS1水文地质孔抽水试验，水位标高951.71m,渗透系数K＝0.0106～0.0120m/d，单位涌水量q＝0.0109～0.0136L/s·m，为弱富水性，水化学类型HCO3—Ca·K+Na型。
该层地下水主要接受大气降水的入渗补给，含水类型为弱承压水，各含水砂岩由于层间隔水层的阻隔作用，正常情况下不会发生水力联系，但在构造带附近及采掘活动影响下可能与其它含水层发生水力联系，总体水文地质条件简单。
（3）太原组碎屑岩～碳酸盐岩裂隙水含水岩组：
该含水岩组岩性为浅灰色中细粒砂岩、较破碎的砂质泥岩和深灰色石灰岩。
石灰岩由下至上分别为K2、K3、K4、K5，其中以K2灰岩的岩溶局部较为发育，是下部15号煤开采时的主要充水水源之一。
据钻探岩芯和测井资料分析，该含水层地层局部破碎，简易水文观测资料表明，该段地层在钻探施工中冲洗液消耗量很小，岩层相对完整，含水层厚度约62.77m，水位标高817.56m，渗透系数K＝0.0008m/d，单位涌水量0.0006L/s·m，为弱富水性，水质类型为HCO3—K+Na型。
该层地下水，含水类型为承压水，补给来源较差，主要为含水层静储量，正常情况下各含水层间不会发生水力联系，但在构造带附近及采掘活动影响下可与其它含水层发生水力联系，总体水文地质条件简单。
（4）碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组：
奥陶系峰峰组，马家沟组灰岩含水层属此类含水岩组，区内施工的各钻孔，揭露奥陶系灰岩深度均不大,最大揭露峰峰组地层厚度111.41m（ZKS1孔），未揭穿，岩性主要为厚层状灰岩，钻探岩芯完整，裂隙、溶洞不发育，底部为角砾状灰岩，发育小溶洞，具斜裂隙，微含水，尚未揭露主要含水层。
据《辛安泉域岩溶水等水位线图》（山西地勘局212地质队、长治市辛安泉域管理处2005年12月）本区奥灰水位标高＋650m。
3、巷道掘进施工充水因素分析：
由于巷道掘进时，在构造断裂带或裂隙带会直接破坏或间接影响到煤层顶板或底板含水层，使含水层水进入矿井。
另外，由于构造原因，可能使强含水层水导通，造成矿井充水，正常地段内不存在此情况。
（1）采（古）空区积水对矿井充水的影响：
本巷道起点位置为原花宝沟矿南轨道巷终点处，终点位置为主斜井井底，向南方向掘进，巷道东侧60m以外为原三荆沟煤矿旧采空区，西侧100m以外为己掘进完毕的北翼联络巷。
在布置本掘进工程时，已考虑了与各采空区之间足够的防水煤柱，巷道离采空区较远，周围采空区积水对工作面充水的影响不大。
（2）、顶板含水层裂隙水对矿井充水的影响：
巷道掘进后，其顶板导水裂隙带高度范围内的水将进入矿井，依据《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719—1991）中导水裂隙带高度计算公式进行计算
式中：
Hf—导水裂隙带（m）；
M—掘进破坏煤层厚度，即巷道高度（m）；
n—煤层一次掘进层数。
参数取值：
M—取本次掘进巷道煤层破坏高度3.00m。
n—取1进行计算
经计算，巷道掘进时，顶板冒落产生的导水裂隙带高度为47.35m。
直接充水含水层为3号煤层顶板砂岩含水层（Ⅶ），间接充水含水层为K8砂岩含水层（Ⅷ）、Ⅸ号含水层,含水层富水性弱，因顶板裂隙水一般较小，对矿井充水影响不大。
（3）、底板含水层水对矿井充水的影响：
掘进区内3号煤层底板标高在845m左右，本区奥灰水的水头标高为650m，掘进区巷道位于奥灰水的水头以上195m处，因此底板水对本掘进区3号煤层的巷道掘进充水无影响。
据邻近奥灰水源井资料，本区奥灰水位标高约在650m左右，含水层段为峰峰组下部及马沟组含水层，其中峰峰组含水层富水性弱，马沟组含水层富水性强。
本巷道位于井田东部，煤层处于无压区，奥灰水对煤层开采无影响。
（4）、构造对矿井充水的影响：
本掘进工作面水文地质条件较简单，充水来源主要为煤层顶板裂隙水，为预防构造导水。
建议对掘进工作面进行瞬变电磁、电法等物探及钻探手段，探测煤层底板是否隐伏、赋存在导水断裂带水害隐患。
4、带压掘进评价：
本掘进工作面最低标高＋845m，奥灰水头标高650m，工作面超过奥灰水头高度195m，不属带压掘进工作面。
另外，我矿已委托中国煤炭科学研究总院西安研究院进行了带压开采评价，编制评价了报告。
结论是：
在没有大的断裂构造及导水裂隙的情况下，本井田在深部的正常开采也是安全的。
四、带压开采隔水层安全厚度检验计算：
根据《煤矿防治水规定》,当含水层在开采煤层下部,即带压开采时，需要进行隔水层安全厚度和突水系数检验计算。
根据《煤矿防治水规定》的计算公式，依据承压水的水量、水压及其与工程的距离关系，进行隔水层安全厚度计算。
本掘进工作面标高845m，井田范围内承压水水头高度650m，掘进工作面标高高于承压水水头高度195m，不存在带压掘进，不需要进行隔水层安全厚度和突水系数检验计算。
五、积水区下掘进隔水煤（岩）柱的留设：
根据附近采空区积水情况调查分析，本掘进工作面顶板以上及附近不存在积水区，在巷道掘进至260m处，向西拐弯时，与原三荆沟旧采空区的最近距离超过30m，该采空区可能存在少量老空水，但超过30m的煤柱距离满足超过巷道高度10倍的要求。
巷道掘进时，不需要留设隔水煤（岩）柱，工程按原设计施工即可。
第四章探放水钻孔设计
一、施工目的：
本掘进工作面区域水文地质条件简单，煤层位于奥灰水承压水位之上，不存在突水的危险性。
地表、太原组石灰岩岩溶裂隙含水层、山西组、太原组砂岩的裂隙含水层含水较弱，不会对正常掘进造成影响。
基岩风化带含水层、第四系松散含水层受大气降水量影响明显，属中等～弱含水层。
3号煤层的直接充水含水层为其顶板的砂岩裂隙含水层，富水性较弱，水文地质条件简单。
地表第四系及基岩风化带富水性较弱，对正常掘进影响不大。
因此，根据矿井和北翼皮带巷掘进区水文地质条件分析，该工作面探放水主要目的是：
1、防止掘进过程中遇煤层及顶底板出现裂隙时，导通顶板水。
2、掘进巷道东部的原花宝沟采空区范围不清或位置出现误差，导通原采空区水。
掘进时，必须遵循“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后掘”的原则，尤其在构造破坏带和接近东部采空区附近掘进时，应加强探放水工作。
二、探放水钻孔设计：
（一）、钻孔设计依据：
根据我矿生产条件，结合水文地质特征，探水方式采用井下掘进工作面超前钻探法，进行探放水。
探水钻水设计依据如下：
1、钻孔深度与超前距：
钻孔钻探深度60米，超前距30米；即探60米，掘30米，然后再探再掘，循环往复进行。
2、钻孔数目与直径：
钻孔数量不少于5个，钻孔直径不大于7５毫米，1个中心孔，4个辐射孔，孔距0.5米。
3、探水钻孔布置方式：
每次探水时，沿煤层布置钻孔5个，呈扇型布置，中孔方位为迎头正前方，左右斜孔与中孔的夹角分别为按帮距不少于20米进行计算，终孔深度为60米，向顶板方向的两个钻孔与煤层水平迎角为3～5度，向底板方向的两个钻孔与煤层倾角一致。
按探60米掘30米的方式交替进行，留足30米的探水超前距。
根据《煤矿防治水规定》第94条规定，巷道掘进每次前进的探孔终点处，各探水孔之间的终孔水平距离不得大于3米；各探水孔之间的终孔垂距不得大于1.5米。
（二）、探水超前距离、帮距和钻孔设计密度：
1、钻孔布置原则：
为了确保掘进工作面和探水作业人员的人身安全，防止误穿积水区，造成透水事故，掘进工作面探水必须掌握适当的安全距离，即钻孔探明的保护煤柱要保证不得少于30m的超前距和不少于20m的帮距。
2、钻孔位置：
探水钻孔通常顺煤层呈扇形布置，中心孔布置在巷道中心，距巷道底板1.0～1.5米，两边孔布置在中心孔的两侧，钻孔间距为0.50米，顺煤层钻进。
外斜孔与中心孔眼夹角按帮距不少于20米进行计算，钻孔深度60米。
3、探水钻孔布置依据：
⑴根据地质报告分析，3＃煤本身不含水，直接顶底板均为隔水层；因此，在掘进前方不存在大的水文地质隐患。
⑵3＃煤层顶板裂隙水为一静态弱承压水，含水量十分有限。
本次钻探的主要任务是探明掘进前方的煤层顶板裂隙水。
根据附近已掘进的北翼联络巷实际揭露情况分析：
3＃煤层顶板裂隙水在掘进工作面的出水点水量均很小，出水来源为顶板裂隙水。
三、探放水钻孔设计图：
1、钻孔布置：
根据上述综合因素确定：
每组钻孔布置主要孔数量为5个，在掘进迎头的正前方呈扇形顺煤层布置，孔距0.5m，两相邻钻孔夹角分别为10°，钻孔距地板高度1～1.5m，每个钻孔孔深不得低于60m，钻孔孔底离开预掘巷道最小煤柱宽度20m。
每组钻孔布置辅助孔数量按各探水孔之间的终孔水平距离不得大于3米；各探水孔之间的终孔垂距不得大于1.5米进行布置。
在掘进迎头的正前方呈扇形顺煤层布置。
（图中1、2、3、4、5号孔为主要钻孔，必须打；其它6个钻孔代表若干个辅助钻孔，探水时，可根据主要钻孔的具体水文情况适当调节布置。
）
2、探放水钻孔布置平、断、剖面图、平面示意图
探放水钻孔布置平、断、剖面图
打眼顺序按参数表标定的顺序进行施工。
钻孔布置参数表
钻孔
编号
设计孔
深（m）
孔径
（㎜）
两相邻钻孔开口平距：
m
钻孔开口距
底板高度：
m
方位角（°）
倾度
（°）
岩
性
施工
顺序
1
60
75
0.5
1～1.5
160
3～5
煤
3
2
60
75
0.5
1～1.5
170
0
煤
2
3
60
75
0.5
1～1.5
180
3～5
煤
1
4
60
75
0.5
1～1.5
190
0
煤
4
5
60
75
0.5
1～1.5
200
3～5
煤
5
3、原始记录：
原始记录要按要求在现场及时、详细记录，不得随意涂改，不得搞回忆录式记录。
四、探放水设计要求：
1、掘进探水时，每个探放水钻孔深度均不得小于60米，钻孔超前掘进距离不得小于30米。
2、北翼皮带巷掘进工作面以探放煤层顶板水和老空水为主，《煤矿防治水规定》第九十四条的规定：
（1）探放老空水、陷落柱水和钻孔水时，探水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。
钻孔终孔位置以满足平距3m为准，厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5m；
（2）探放断裂构造水和岩溶水等时，探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置。
底板方向的钻孔不得少于2个；
根据本规定，设计北翼皮带巷探水钻孔时，设计探水钻孔要成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。
钻孔终孔位置以满足平距3m为准，煤层内各钻孔终孔垂距不得超过1.5m。
考虑采用2组钻孔进行探放水：
第一组：
按照钻孔布置图中的设计位置先施工5个主导钻孔（带编号的实线孔）。
第二组：
在施工完第一组5个主导钻孔的情况下，根据5个主导钻孔的钻探成果和钻孔涌水情况，在相邻2个主导钻孔之间按照钻孔终孔位置以满足平距3m，煤层内各钻孔终孔垂距不得超过1.5m的标准施工若干个辅助钻孔。
3、钻孔结构及止水套管：
（1）钻孔结构：
开孔孔径Φ127mm，孔深达到10m后，下入Φ108mm钢管作为孔口管，用水泥浆封闭套管外的环状间隙。
进行耐压试验，压力不得低于3MPa，并安装法兰盘、闸阀、压力表，其耐压不得低于3MPa，以下
至终孔孔径，根据水压大小采用钻头直径为Φ42、Φ63.5、Φ75mm。
然后根据探水水源的的富水性，确定是否进行放水试验。
附：
探水孔结构设计示意图：
在施工完成后，放水试验时取涌水量较大的钻孔作为放水孔。
4、孔口止水套管的规格结构：
根据《煤矿防治水规定》第九十八条规定，本掘进工作面预计最大水压不超过2MPa，应下放套管长度为10m。
当孔深钻到10m后，将套管下入孔内规定的10m深度（最下一段留设5～6个旋流眼，利于水泥浆进入套管与孔壁之间的环状间隙），用钻杆下入孔底，将配制好的水泥浆（水泥用425#，水泥：
水=1∶0.6）注入套管外的环状间隙，至孔口返出水泥浆，凝固36小时后扫孔至孔底，继续钻进穿过至设计深度（即:
60m）后终孔。
本次探水设计钻孔超前距为30m。
第五章探放水设备选择
本掘进工作面探水时，配备架式液压回转钻机2台，型号为：
ZYJ-270/170型煤矿用岩石钻机，可钻全煤层近水平定向孔，孔深达150米，最高时效20米/小时，开孔直径94毫米，终孔直径65毫米。
配备上述型号探水钻机2台，1台工作，1台备用。
第六章排水设备及管路选择计算
一、排水设备：
1、工作面涌水情况：
本掘进工作面正常掘进时，主要涌水来源为煤层顶板裂隙水，预计该掘进工作面正常涌水量为0.5米3/h。
最大涌水量为1米3/h。
对正常掘进影响不大。
当探水钻孔揭露巷道东部旧采空区时，涌水量尚难预测。
2、副立井底矿井主水仓的排水能力：
我矿副立井底主水仓容量600m3,副水仓容量400m3。
水仓泵房安装有三台MD155--67×5（P）排水泵，电机功率分别为220KW，单台水泵排水能力155m3/h，排水杨程230m。
沿副立井井筒敷设2趟6吋主排水管路直通地面，每趟管路长度300m。
二、排水管路：
在本巷道敷设2趟直径不小于3吋的钢丝网骨架聚乙烯阻燃PE排水管，进水口与临时排水泵相连接，出水口通往副立井底中央主水仓。
2趟排水管，正常情况下一备一用；水量大时，同时使用。
在掘进工作面低洼处挖临时水窝，水窝内安设2台临时排水泵，每台水泵的排水能力不得小于10m3/h，工作面的积水通过临时排水泵经本巷道内铺设的2趟3吋排水管直接排入副立井底主水仓。
2台排水泵，正常情况下一备一用；水量大时，同时使用。
三、排水系统示意图：
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