闽安9煤采空区放水设计.docx

1、闽安9煤采空区放水设计贵州天健矿业集团股份有限公司金沙县安洛乡闽安煤矿9煤层采空区放水设计贵州天健矿业集团股份有限公司二0一九年六月二日一、概况闽安煤矿为技改45万吨/年新建矿井，由原闽安煤矿和剪干湾煤矿兼并重组而成，关闭剪干湾煤矿，保留原闽安煤矿；原闽安煤矿9煤层已回采完毕，井筒于2017年12月份已封闭。新建45万吨/年的矿井已形成全负压通风系统和排水系统，开拓巷道工程已施工完毕，准备巷道正在施工中，根据贵州天健矿业集团股份有限公司金沙县安洛乡闽安煤矿初步设计，矿井开拓方式为斜井单水平开拓，全矿井划分一个水平、二个采区，主斜井、副斜井、回风斜井三条井筒布置在13-9煤层之间，4、9、13、

2、14煤层采用大联合布置，开采4号煤层时，以斜石门方式穿过9煤层，从4煤层底板揭穿煤层后布置回采巷道。因此在施工4煤层斜石门过程中将有可能穿过9煤层采空区。根据煤矿安全规程第317条、324条、防治水细则第1章第3条、第4章第39条规定，井巷接近或穿过可能积水的老空区时，应查明水文地质情况并进行控制放水。9煤层采空区最大面积85.4万m2，平均采高1.2m，采区回采率0.8，充水系数取0.6，放水点最低点标高+1026m（原二采区水仓底部）,初步估算+1026m以上的积水量大约为49万m3。9煤层与13煤层平均层间距为42m,预计积水区域最高标高为+1100m,最高水位约74m，钻孔开孔标高为+

3、1000m，故钻孔内最大静止水压为1.0Mpa。在施工4煤层斜石门时，需穿过9煤层采空区，必须先对9煤层采空区积水进行放水后方可施工（详见插图）。二、排水方案及施工方法在井底水仓联络巷入口位置处设置一个钻场，巷道高度为3.5m，采用ZDY-1250坑道钻机（钻杆直径50）沿水仓联络巷顶板岩层自下而上打钻进入9煤层采空区，通过钻孔将积水排出。施工方法如下：1、钻场：井底水仓联络巷喷浆支护完好的地点以巷道为钻场布置4个钻孔，钻孔开口布置在巷道高度3.2m位置，孔间距2m，钻孔参数见下表，实际施工以打穿采空区为准。放水钻孔参数表孔号方位角（NE）仰角预计长度（m）1180+3047552165+18

4、656313122+3656490+3313622、套管：套管采用无缝钢管，直径100，长10m，一端焊接法兰，法兰外接相同直径的（100）球阀、三通、放水管及堵板（详见附图四）。3、挡水板：挡水板采用4-6mm圆形钢板，外径600，中孔直径60（略大于钻杆直径），按照法兰螺孔的孔径及孔间距在挡水板上钻4个螺孔，再用M16螺杆固定在三通法兰上，挡水板与法兰间距为300mm，即固定螺杆的内接长度为300mm。3、放水管：放水管采用100钢丝软管，从水仓联络巷钻场位置敷设至水仓入口变坡点处并固定，在球阀前方的套管上安装一个真空压力表（0-1.6Mpa），便于观测水位变化和估算积水量。4、掏槽与锚固

5、：套管需用10号槽钢锚固在顶板岩层内，由于钻孔不垂直岩面，为确保套管法兰牢固固定在顶板岩层内，需在钻场的开孔处，开挖一条三角形槽沟，槽沟的一面垂直于钻孔中心线，另一面与钻孔中心线平行，槽沟长1000mm，宽360mm。槽钢为每个钻孔2条，长950mm，两端对称各钻1个25的圆孔，便于安装锚杆。锚杆每个钻孔4根，直径18-20，长1800mm，每根锚杆采用树脂锚固剂3节。（详见插图）。5、施工方法与顺序：先施工水仓口联络巷处最里的第一个钻孔，其它钻孔根据第一个钻孔施工情况和放水效果确定施工时间和顺序。第一个钻孔的施工顺序如下：1）底部联络巷巷道净高不低于3.5m，确保安全退路畅通无阻，利用水仓、

6、配水井至水泵房之间的通道进行全负压通风，全负压供风量不小于300m3/min，如果全负压风量不足，则应安装局部通风机进行压入式供风，并有专人检查CH4和CO2等有毒有害气体。2）水泵房已安装的两台MD150-309型卧式离心水泵，在施工放水孔前必须提前对水泵进行联合排水试验，确保水泵最大排水能力。3）掏槽。4）安装、调试钻机。5）用105钻头打套管孔，孔深10m。6）安装套管并锚固。7）安装球阀、三通、挡水板、压力表、连接放水管。8）改用75钻头从球阀内进入套管打放水孔。9）打穿采空区见钻孔出水后退钻，待钻头退出球阀后立即关闭球阀，观测并记录水压。将剩余的钻杆全部退出，在三通外侧法兰加装堵板，

7、打开球阀放水。3、套管锚固力验算 套管直径为100，受压面积为86.6cm2，估计最大水压为1.0 Mpa，则每根套管承受的压力为F=86.61.010.2=883kg。每根锚杆的锚固力约为40-50KN，每组安装4根锚杆，满足要求。四、钻孔自然流量估算：根据流体力学短管水力计算公式：Q70=cA3600（m3/h）式中：A管路截面积0.005m2，H水头高度mc综合阻力系数。c=0.2；其中：修正系数，按紊流，取1；管壁阻力系数，=K（0.0125+0.0011/D）=0.034125K管壁粗糙系数，一般为1-1.3，取1.3；D管径，单位：m，用75钻头，钻孔终孔直径取80mm，即0.08

8、m；L管长，单位：m，取钻孔全长，即60m。 管嘴阻力系数，取0.5。水位为74m时：Q=cA3600=0.20.005383600=137 m3/h水位降为10m时：Q=cA3600=0.20.00514.143600=50m3/h经过计算，在最大水位为74 m时，钻孔的自然流量为137m3/h。当水位降为10 m时，钻孔的自然流量为50m3/h，单孔平均流量取85m3/h。5、钻孔个数及水泵选型1、钻孔个数、放水时间及水泵选型：估算的总积水量约49万m3，单孔平均流量60m3/h，放水时间为60天时，则放水钻孔个数=490000856024=4个，平均总流量为340m3/h，最大总流量为5

9、48m3/h，但单台水泵的排水能力仅为190m3/h。以此类推，放水时间为120天时，则正常放水钻孔个数为2个，水位降低时可增加放水孔数，平均总流量控制在190m3/h以下。实际放水时间按120天安排，正常情况下一台水泵运行，一台备用。 MD150-309型多级水泵工况点运行参数型 号流量(m3/h)总扬程(m)转 速 (r/min)电机功率(kW)效率%必须汽蚀余量(m)MD150-3091902151480200754.7五、安全技术措施：1、巷道支护：钻孔前后10m范围内的巷道必须加强支护，开孔处的顶板必须坚硬、完整，不得出现明显裂缝、褶曲、冒落等现象，同时用木板背实背严，防止冒顶。2、

10、安装套管：在套管外面的法兰边缘必须焊接两块槽钢（对称焊接），每块槽钢安装2根锚杆，锚杆眼应平行于钻孔中心线，锚固剂应搅拌均匀，锚杆螺帽要拧紧。3、安装挡水板：为防止高压水喷射伤人，必须在闸阀与钻机之间安装一块挡水板。挡水板用4根M16螺杆固定在法兰上，挡水板中心点应尽量与套管中心点重叠，钢板厚度不小于4mm。4、安装与调试钻机：在钻头穿透顶板岩层的瞬间，钻机如不能采取有效措施进行固定，钻头、钻杆在高压水的作用下，将产生很高的加速度，从而形成强大的冲击力，其冲击力为：F=ma=36060/(23)=3600kg力式中：F冲击力（kg力）；m加速距离内（3m）钻头钻杆总质量（kg），取360kg；L加速距离，取3 m；a加速度（m/s2），a=v2/2L=60 m/s2。v钻头钻杆的最高速度，取近似于射流速度，v=q/A=137/（0.0023600）=19 m/s。