煤矿工作面井下定向疏放水钻孔设计方案.doc

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二一一年十一月目录1前言72 矿井概况112.1矿井基本情况112.1.1交通位置112.1.2地形地貌132.2地质特征132.2.1地层132.2.2煤层162.2.3地质构造172.2.4水文地质条件173项目区概况223.1项目区位置及四邻采掘情况223.2项目区工作面接续情况233.3项目区岩层情况233.4地质构造243.5项目区水文地质情况243.6项目区排水通道243.7 3121工作面顶板直罗组下段粗砂岩含水层静储量预计254 项目区疏放水方案274.1常规疏放水钻孔方案设计274.2井下中长距离井下定向疏放水钻孔设计294.2.1定向疏放水钻孔的目的294.2.2定向疏放水钻孔设计的原则和依据294.2.3定向疏放水钻孔设计304.2.4工程量情况374.2.5费用概算384.2.6工期安排及施工顺序445 方案对比分析455.1疏水效果455.2费用情况485.3工期比较495.4 结论496定向钻孔施工及安全技术措施526.1开工及竣工验收526.2设备运输526.3移孔位及稳固支撑526.4开孔536.5钻进536.6放水及观测技术要求576.7探放水的施工安全措施587 需矿方配合的工作598提交的资料598.1设计资料598.2原始班报表598.3综合成果资料601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127 m，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1064138至1064918，北纬374749至375656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261.21377.28m，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305.76468.55m，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5.8596.70m，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1.538.33m，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0.3910.71m，平均4.91m，可采厚度0.8510.71m，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02层，厚度为0.090.40m。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、张家庙向斜、张家庙背斜、大羊其向斜、马家滩背斜，并伴生次一级的向背斜。区内断裂构造主要发育有马柳断层、张家庙逆断层、李新庄西侧断层等35条断层。 2.2.4水文地质条件(1)地表水系井田内地形为缓坡丘陵，中间高，南北两端低，基岩大部分被沙漠或第四系黄土覆盖，仅局部可见古近系褐红色、红色粘土出露。井田最高高程点位于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,未见地表泾流。(2)地下含水层井田含水层按岩性组合特征及地下水水力性质、埋藏条件等，由上而下划分为以下主要含水层：第四系孔隙潜水含水层（）本区第四系孔隙潜水含水层全井田分布，地层厚1.538.33m，平均厚7.25m；地下水主要赋存于风积沙丘、小型洼地中。含水层地下水补给以大气降水为主，排泄以蒸发消耗为主，部分以人工开采或沿地层裂隙及风化破碎带补给基岩含水层。按地下水赋存条件，可分为风积沙潜水层、风积冲洪积潜水层，但水量都不大。侏罗系碎屑岩裂隙孔隙承压含水层（） 包括侏罗系安定直罗组含水层、中统延安组含水层。垂向上，对井田影响较大的含水层为直罗组下段砂岩含水层（）及26煤间砂岩含水层（）；以往抽水试验资料：含水层单位涌水量为0.0090.077 L/sm，含水层单位涌水量为0.00040.115 L/sm，属弱富水性，局部偏中等。侏罗系中统直罗组裂隙孔隙含水层（）本含水层全井田发育，广泛分布，属干旱条件下的河流沉积物。岩性以灰、灰绿色细、中、粗粒砂岩为主，泥、钙质胶结、图2-3 主要煤层与含水层上下关系示意图胶结程度较差，具大型交错层理，局部地段裂隙发育，钻探上表现为漏孔现象。该层底部砂岩较稳定，以粗粒砂岩为主，多为二煤直接顶板，富水性弱中等，遇水冲击呈松散状。是影响本井田的主要含水层。该层地下水水位标高+1306+1388m，含水层厚9.32587.59m，平均厚度152.25m，与直罗组地层分布规律相似，含水层厚度沿马家滩背斜轴南部抬升使得南部厚度较薄，自南而北厚度逐渐增大。根据地层沉积旋迴、岩性特征及水文地质特征，直罗组底部粗粒砂岩为主要标志层，将含水层划分为上段和下段两个含水层（七里镇砂岩含水层）。上段含水层：包括底部砂岩含水层隔水顶板以上各含水层，井田广泛分布。岩性以灰绿、灰黄色细、中砂岩为主，泥质胶结，颗粒支撑。含水层厚约3.37371.45m，平均厚度60.27m，北部沿古近系粘土层零点线以北与表层第四系含水层、古近系风化层含水层形成统一含水层。含水层富水性与构造、沉积环境、风化裂隙带深度联系较为密切；一般情况下，其上部古近系地层沉积愈薄，地层裂隙发育，岩性松散，则含水层富水性愈强，钻孔钻探过程中多出现漏孔现象。下段含水层：井田的主要直接充水含水层之一，分布于整个井田，含水层厚9.32288.66 m，平均厚度98.33m,根据含水层中隔水层情况该含水层又分为上下两个分层。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，局部含砾；砂岩的成熟度较低，分选性差，接触式胶结为主。底部为一厚层灰白、黄褐或红色含砾石英长石粗砂岩，俗称“七里镇”砂岩，砂岩底部含石英小砾石，泥质胶结、颗粒支撑，胶结程度较差，松散较松散，锤击易碎，遇水振荡或手捻可散。根据钻孔含水层等厚线图分析，该层位较稳定，岩性完整程度随埋藏深度自浅而深增高，为影响本井田的主要含水层。虽然地面抽水试验资料及水质分析成果显示，井田内直罗组含水层单位涌水量较小、渗透性差，但本区含水层富水性受上覆地层岩性、风化裂隙带影响较大：如13线以北，古近系粘土层较薄，甚至为零，受倾向张性断层影响，岩性裂隙较为发育，因此，富水性相对较强。(3)隔水层及其特征本井田稳定的隔水层有：直罗组底部砂岩含水层顶板的粉砂岩、泥岩为主的隔水层；各主要煤层及其顶底板泥岩、粉砂岩组成的隔水层。(4)地下水的补给、泾流和排泄井田地下水补给来源，主要为大气降水，其次为含水层之间的越流补给。3项目区概况环境安全工程分公司经与集团公司生产技术部和红柳煤矿沟通后，确定施工完红柳煤矿3121工作面开切眼北端煤层冲刷变薄带井下定向疏放水试验钻孔后对3121工作面的顶板水进行疏放，钻孔成孔后通过工作面回采时的涌水情况进一步验证定向钻孔的疏放水效果。3.1项目区位置及四邻采掘情况地面位置：3121工作面位于红柳井田的中部，工业广场的西北部。该工作面运输巷位于红柳井田的中部，工业广场的西北部，一号回风斜井井口西北6402420m,巷道大体平行于矿工业广场至一号立风井的道路，位于路西侧约390m处。该工作面回风巷位于一号回风斜井井口西北6402420m,巷道大体平行于矿工业广场至一号立风井的道路，位于路西侧约390m处。井下位置:3121工作面运输巷南起31采区运输巷，北至3121工作面切眼导硐，巷道平行于2煤辅运大巷、2煤胶带巷，西与3122工作面运输巷相邻。3.2项目区工作面接续情况3121工作面计划2012年5月开采，月推进度166m ，预计2013年1月初回采结束。3.3项目区岩层情况3121工作面走向长1154m，倾斜长300m，煤层平均厚度4.5m，可采储量274万吨，煤岩层走向60155，倾向西北东北，倾角826，平均18。工作面所采煤层为2煤，煤质特征为黑色、块状，半暗型，丝绢、丝炭光泽，参差状断口，含黄铁矿结核，为简单结构的稳定厚煤层，煤种为不粘结煤（BN）。直接顶为粉、细砂岩，平均厚度约6.78m，其上为平均厚度约3.48m的泥岩炭质泥岩。老顶为直罗组下段下分层粗砂岩含水层，平均厚度约26.60m；其上为平均厚度约6.45m的泥岩隔水层；再向上为平均厚约52.50m的直罗组下段上分层粗砂岩含水层。3.4地质构造(1)背斜：整个3121工作面位于张家庙背斜的东翼，煤岩层总体呈西北向东北倾斜的单斜构造，煤岩层走向60155，倾向西北东北，倾角826，平均18，煤岩层沿走向、倾向均有一定的起伏变化。(2)向斜：大羊其向斜自工作面北端至南端延伸1600m，于向斜轴部附近，压力较大，2煤内生节理较发育，易破碎，根据试验钻孔施工情况，泥岩隔水层较破碎，含水层本层粗砂岩无破碎现象。3.5项目区水文地质情况项目区所属工作面开采煤层为2煤，2煤老顶直罗组粗砂岩裂隙孔隙含水层是影响本井田的主要充水含水层。3.6项目区排水通道 项目区钻场均布置在3121工作面运输巷内，钻孔成孔后钻孔内涌出的水可通过3121工作面泄水巷经2煤带式输送机大巷排至2煤带式输送机大巷疏水巷乙水仓内。3.7 3121工作面顶板直罗组下段粗砂岩含水层静储量预计根据红柳煤矿1121工作面涌水机理，二煤顶板含水层周期性涌水水量以直罗组下段粗砂岩含水层古封存地下水静储量为主，因此，需要对3121工作面顶板充水含水层进行静储量预测计算，为疏放水钻孔工程布置提供依据。采用公式：Q静储量= Q弹+Q重力=eFh+dFm （1）考虑到该含水层水压和弹性释水系数的乘积较小，在静储量计算时将含水层弹性释水水量忽略，仅取重力给水的水量值。故本次计算中：Q静储量= Q重力=dFm（2）上式中：Q弹地下水弹性储存量； e弹性释水系数(可参考选取0.0050.00005)； d含水层重力给水度（根据红柳矿地质报告附表8煤层顶底板岩石物理力学性质试验成果汇总表，对33个2煤顶板直罗组粗砂岩样孔隙度测试成果进行综合，其中最大值0.226,最小值0.047，平均值0.139。可参考选取其平均值0.139）； F 评价区疏干范围面积； h 自含水层顶面算起的水头高度； m含水层厚度（取本区定向钻孔所覆盖的3121工作面范围内H1505、H1607、 H1705三个勘探钻孔实际揭露该段含水层厚度的平均值78.50m）。利用以上公式，分别对定向钻孔覆盖范围内3121工作面顶板直罗组下段粗砂岩的含水层总静储量及下一次周期来压井下定向钻孔覆盖范围内含水层的静储量进行估算，结果分别为377.76万 m3、19.64万m3，具体见表3-1所示。表3-1 3121工作面直罗组下段砂岩含水层静储量计算表估算范围走向长度（m）斜长（m）含水层厚（m）给水度静储量（万m3）工作面范围内下段含水层115430078.500.139377.76周期来压（步距按60m计算）内6030078.500.13919.644 项目区疏放水方案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施工大角度仰角钻孔和采用井下定向钻机施工中长距离井下定向仰角钻孔提前疏放顶板水。为了使选择的方案可靠和合理，环境安全工程分公司分别对常规疏放水钻孔、井下定向疏放水钻孔进行了设计、对比分析，最终确定了最可行的方案。4.1常规疏放水钻孔方案设计(1)钻场布置根据1121和1122工作面常规钻孔布置及实际施工情况，结合3121工作面地质情况，本次常规钻孔钻场布置情况为：工作面开切眼内布置了2个钻场,即Q1-Q2；机巷自开切眼南30m处起每隔60m布置一个钻场共布置了20个钻场，即J1-J20；风巷自开切眼起每隔60m布置一个钻场共布置了21个钻场，即F1-F21。(2)钻孔布置本次工作面常规疏放水钻孔共布置了119个钻孔，其中开切眼布置了7个钻孔；机巷布置了49个钻孔；风巷布置了63个钻孔。(3)工程量情况本次常规疏放水钻孔预计工程总量为15626m,其中开切眼868m；机巷6343m；风巷8415m。(4)费用概算根据红柳煤矿1121工作面施工井下常规疏放水钻孔费用情况，常规钻孔费用按照每米816元单价进行计算，本次工作面疏放水钻孔工程总量为15626m，预计费用为1275.08万元。(5)施工工期根据以往常规钻孔施工情况，工作面开拓好后可由风巷和机巷分别安排一台常规钻机同时进行疏放水钻孔的施工，单台钻机月进度按照1500m进行计算，两台钻机同时施工，施工完15626m(不考虑施工过程中需临时增加或减少的钻孔工程量)钻孔施工工期预计需要156天时间(不考虑钻机频繁搬家转场的时间)。4.2井下中长距离井下定向疏放水钻孔设计4.2.1定向疏放水钻孔的目的(1)继续研究中长距离定向钻机施工中长距离定向探放水钻孔的钻进工艺。(2)对3121工作面内顶板赋水性进行探测并提前进行疏放。(3)根据工作面回采过程中的涌水情况对比分析常规钻孔与定向钻孔疏放水效果，为后续顶板水疏放钻孔布置提供一定的指导作用。4.2.2定向疏放水钻孔设计的原则和依据(1)定向疏放水钻孔设计原则定向钻场、钻孔布置应该与工作面巷道工程围岩环境、构造条件、采掘现状、排水通道、钻机能力相适应。定向钻孔试验工程尽可能以钻孔成孔性、提高疏放水量为目的。钻场位置应布置在试验区域的低洼处，始终保持施工仰角钻孔。根据工作面含水层特点分上下两个含水层分别布置钻孔进行顶板水的疏放。根据试验钻孔布孔间距进行项目区钻孔的布置。根据井下定向探放水钻机能力，结合工作面情况，合理布置钻孔长度。(2)定向疏放水钻孔设计的依据红柳井田煤炭勘探地质报告 矿井采掘、测量、观测资料3121工作面北端冲刷带定向疏放水钻孔技术应用研究 煤矿防治水规定4.2.3定向疏放水钻孔设计 (1)钻场布置根据项目区周边巷道、现有排水通道情况及项目区工作面倾斜情况，本次定向钻孔钻场分别布置在3121工作面运输巷和风巷内，共布置了四个钻场。其中，一号钻场布置在距离工作面开切眼北40m处，二号钻场布置在距离3121工作面运输巷二部皮带安装联络巷北113m处，三号钻场布置在在距离3121工作面运输巷二部皮带安装联络巷南118m处，四号钻场布置在3121工作面回风巷内距离31采区2煤回风巷北134m的联络巷巷口处。(2)钻孔布置钻孔平面布置：本次定向探放水钻孔影响半径根据试验钻孔影响半径按照50m进行布置，项目区共布置了22个主孔3个分支孔。其中一号钻场布置了7个钻孔，钻孔编号依次为：1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#；二号钻场布置了8个主孔1个分支孔，钻孔编号依次为：1#、2#、2-1#、3#、4#、5#、6#、7#、8#；三号钻场布置了5个钻孔，钻孔编号依次为1#、2#、3#、4#、5#；四号钻场布置了2个主孔2个分支孔，钻孔编号依次为：1#、1-1#、2#、2-1#。钻孔空间位置:项目区目标区域2煤老顶直罗组粗砂岩裂隙孔隙含水层是影响本井田的主要含水层，该含水层分上分层含水层和下分层含水层，本次钻孔空间层位分别在上分层和下分层含水层中进行布置。其中，下分层含水层中布置的钻孔有：一号钻场中2#、4#、6#孔；二号钻场中2#、2-1#、4#、6#、8#孔；三号钻场中2#、4#；四号钻场中2#、2-1#。上分层含水层中布置的钻孔有：一号钻场中1#、3#、5#、7#孔；二号钻场中1#、3#、5#、7#孔；三号钻场中1#、3#、5#孔；四号钻场中1#、1-1#。综上所述，本次定向疏放水钻孔在上分层中共布置了12个钻孔，在下分层中共布置了10个钻孔。(3)钻孔参数设计在三维空间中，钻孔设计参数是根据试验区二煤底板等高线、边界回风巷中相关测点，先计算出钻孔轨迹中每个控制点和钻孔靶点的X、Y值和轨迹方位，根据顶板情况计算出Z值和钻孔轨迹倾角，再根据每个控制点和靶点的值，运用插值计算方法，设计中间点的各参数值 (钻孔的设计参数见附表)。(4)钻具组合开孔：96mm钻头+73mm通缆钻杆+73mm水尾扩孔：165mm钻头+73mm通缆钻杆+73mm水尾(下分层含水层钻孔) 195mm钻头+73mm通缆钻杆+73mm水尾(上分层含水层钻孔)钻进：96mm钻头+76mm螺杆马达+76mm下无磁钻杆+76mm测量短节+76mm上无磁钻杆+73mm通缆钻杆+73mm水尾(5)钻孔结构本次井下定向疏水钻孔均自煤层顶板完整粉砂岩段开孔，钻孔开孔至煤层直接顶板粉砂岩、泥岩段。其中，施工下分层含水层钻孔采用165mm扩孔钻头扩孔过泥岩段0.5-1m后下设127mm，壁厚6mm的孔口管固孔，在含水层中以96mm裸孔钻进至终孔位置。施工上分层含水层钻孔采用195mm扩孔钻头进行扩孔后下设159mm，壁厚8mm的孔口管固孔，在含水层中以96mm裸孔钻进至终孔位置，钻孔结构如图4-1、4-2所示：图4-1 下分层含水层钻孔结构图图4-2 上分层含水层钻孔结构图图5-1 钻孔结构(6) 孔口装置探放水或需要收集放水时的水量、水压等资料时，需要安装质量合格耐压达4Mpa的控水阀门（127mm闸板阀或蝶阀）和压力表。孔口装置要同钻孔套管的法兰盘连接在一起，并且易于拆开，在测量过程中要求密封不漏水。为了不影响钻探施工进度，在孔口管固孔牢固后将孔口三通连接好并且安装好孔口阀门后方可下钻。钻进入含水异常体部位并出水后，边钻进边进行水量观测。孔口装置示意图如图4-3所示。图4-3 井下放水孔孔口装置示意图（ 1、压力表 2、127mm闸板阀 3、89mm放水胶管 ）(7)固孔要求固孔必须采用固孔专用设备进行固孔，固孔深度穿过泥岩段0.5-1m。孔口管外端必须超出巷帮0.2-0.3m，并采用固孔专用设备向孔内注入固孔液(水泥砂浆)，注完后必须保证静置到固孔液凝固为止。固孔凝固结束后对孔口管必须进行耐压试验，试验压力为3.5Mpa并稳定30min后，孔口管周围不漏水时方可钻进。4.2.4工程量情况本次定向疏水钻孔预计工程总量为9517m，其中一号钻场钻孔继续做为试验孔进行施工，若试验成功则二号、三号、四号钻场的钻孔做为后续推广应用的钻孔进行施工，具体情况见下表：一、一号钻场钻场孔号开孔参数分支点（m）累计孔深(m)工程量(m)预计封孔长度（m）终孔层位下段粗砂岩含水层方位角倾角一号钻场1#150.53045645628上分层2#160.72549849837下分层3#166分层4#178.42555255237下分层5#195.33045045028上分层6#208.92527927937下分层7#227.53022222228上分层合计(m)2979223二、二号钻场钻场孔号开孔参数分支点（m）累计孔深(m)工程量(m)预计封孔长度（m）终孔层位下段粗砂岩含水层方位角倾角二号钻场1#240.22531831837下分层2#225.43032432428上分层2-1#99315216上分层3#207.32534834837下分层4#195.63038138128上分层5#182.42542342337下分层6#172.43047147128上分层7#159.72552552537下分层8#150.53033433428上分层合计(m)3340260三、三号钻场钻场孔号开孔参数分支点（m）累计孔深(m)工程量(m)预计封孔长度（m）终孔层位下段粗砂岩含水层方位角倾角三号钻场1#203.33038438428上分层2#1902542642637下分层3#1773047747728上分层4#167.22553453437下分层5#158.73029729728上分层合计(m)2118158四、四号钻场钻场孔号开孔参数分支点（m）累计孔深(m)工程量(m)预计封孔长度（m）终孔层位下段粗砂岩含水层方位角倾角四号钻场1#40.53030930928上分层1-1#105294189上分层2#622530030037下分层2-1#45327282下分层合计(m)108065总计(m)95177064.2.5费用概算本项目采用的钻机为改造后的井下定向钻机，施工工艺为井下定向探放水工艺，其与井下定向瓦斯钻孔所采用的钻机及工艺较为相似，但又存在全部在岩层中钻进、封孔长度大、孔口需安装闸板阀及压力表等不同之处，因此，本项目费用概算一方面依据神华煤炭建设井巷工程消耗量补充定额（试行2007基价），一方面又结合与井下定向瓦斯抽放钻孔工艺的不同进行测算，具体见表1和附表2：34 表1 ZDY6000LD钻机井下定向疏放水钻孔定额测算表单位:100m备注定额编号ZB375和ZB376钻机型号ZDY6000LD井下定向探放水钻机钻孔深度（m)500700500700项目单位单价/元原定额原总价（元）现单价/元现定额原定额原总价（元）现单价/元现定额现总价（元）现总价（元）人工井下直接工工日58.32 14 816.482371415874.8237 153318.00 3555.00 井下辅助工工日47.75 3 143.2523733143.25237 3711.00 711.00 材料153mm扩孔钻头个3680 0.0170 63 3680 0.0170 0.0180 66 3680 0.0180 62.56 66.24 96mm回转钻头个6000 0.0170 102 6000 0.0170 0.0180 108 6000 0.0180 102.00 108.00 96mm定向钻头个6000 0.0920 552 6000 0.0920 0.0980 588 6000 0.0980 552.00 588.00 通缆水便个8000 0.0280 224.00 8000 0.0280 0.0300 240 8000 0.0300 224.00 240.00 上无磁钻杆根100000 0.0170 1700.00 100000 0.0170 0.0180 1800 100000 0.0180 1700.00 1800.00 下无磁钻杆根100000 0.0170 1700.00 100000 0.0170 0.0180 1800 100000 0.0180 1700.00 1800.00 测量探管根800000 0.0170 13600.00 800000 0.0170 0.0180 14400 800000 0.0180 13600.00 14400.00 铍铜外管根80000 0.0170 1360.00 80000 0.0170 0.0180 1440 80000 0.0180 1360.00 1440.00 孔底马达个420000 0.0400 16800.00 420000 0.0700 0.0420 17640 420000 0.0700 29400.00 29400.00 由于在岩石中施工，每1500m用一个上无磁接手个2000 0.0440 88.00 2000.00 0.0440 0.0470 94 2000 0.0470 88.00 94.00 下无磁接手个2000 0.0440 88.00 2000 0.0440 0.0470 94 2000 0.0470 88.00 94.00 孔底马达接手个2000 0.0440 88.00 2000 0.0440 0.0470 94 2000 0.0470 88.00 94.00 通缆钻杆根4000 1.4760 5904.00 4000 1.4760 1.5690 6276 4000 1.5690 5904.00 6276.00 电池块60000 0.0170 1020.00 60000 0.0170 0.0180 1080 60000 0.0180 1020.00 1080.00 数据传输线套50000 0.0040 200.00 50000 0.0040 0.0050 250 50000 0.0050 200.00 250.00 水费米31 134 134.00 4 134 143 143 4 143.0000 536.00 572.00 液压油升18 5.0630 91.13 18.43 5.0630 5.3840 96.9120 18 5.3840 93.31 96.91 机 油升27 1.4470 39.07 26.87 1.4470 1.5390 41.5530 27 1.5390 38.88 41.55 齿轮油升35 1.4470 50.65 35.00 1.4470 1.5390 53.8650 35 1.5390 50.65 53.87 钻机和钻杆润滑油升35 2.9640 103.74 35.00 2.9640 3.1520 110.3200 35 3.1520 103.74 110.32 机 滤个3000 0.0840 252.00 3000.00 0.0840 0.0890 267.0000 3000 0.0890 252.00 267.00 液压泵滤芯个8800 0.0840 739.20 8800.00 0.0840 0.0890 783.2000 8800 0.0890 739.20 783.20 齿轮油滤芯个7800 0.0840 655.20 7800.00 0.0840 0.0890 694.2000 7800 0.0890 655.20 694.20 洗孔液升40 3.5280 141.12 40.00 3.5280 3.7520 150.0800 40 3.7520 141.12 150.08 其它材料费%2 1.5000 685.43 1.50 1.5000 1.5000 724.6520 2 1.5000 880.48 907.49 定额外材料6414.84 6414.84 见附表2机械钻机（ZDL6000LD)台班4683 3.2730 15327.46 4683.00 3.2730 3.4810 16301.52 4683 3.4810 15327.46 16301.52 其它机械费%5 5.0000 766.37 5.00 5.0000 5.0000 815.0760 5 5.0000 766.37 815.08 水文参数观测费及研究费用6934.96 6934.96 每个孔需3万元，共需66万元。一.基价元93051.77 96139.26 1.人工元4029.00 4266.00 2.材料元65993.98 67821.70 3.机械元16093.83 17116.60 4.研究及观测费用6934.96 6934.96 二.技术措施费元三.企业管理费元费率（15.71）*(一+二)14618.43 15103.48 四.利润元费率（7.26）*(一+二+三)7816.86 8076.22 五.组织措施费元费率（7.03）*(一+二+三+四)8118.74 8388.12 六.其他项目费元费率*(一+二+三+四+五)0.00 0.00 七.地区差价元费率*(一+二+三+四+五+六)0.00 0.00 八.规费元费率*(1.13)*(一+二+三+四+五+六+七)1396.75 1443.09 九.税金元费率(3.41)*(一+二+三+四+五+六+七+八)3985.74 4404.02 十.社会保障费元费率(5.19)*(一+二+三+四+五+六+七+九)6622.00 6856.57 总价（100m）元一+二+三+四+五+六+七+八+九+十135610.29 140410.76 每米单价元1356.10 1404.11 附表2 红柳煤矿3121工作面井下定向疏水钻孔定额外材料数量及价格表序号项目单位数量单价/元总价（万元）备注1 127mm6mm无缝钢管顶管根2210002.2本项目共施工22个孔，每个孔需安装一根，每根一端带法兰盘,一端带丝扣，管上加工一个压力表座和点焊铁丝,每根1.36m，与顶管和中管连接。2 127mm6mm无缝底管根53370037.31每根1.36m，两端加工成丝扣，管上点焊钢