主立井井筒延深工程探放水设计

山西煤销集团永丰煤业有限公司山西煤销集团永丰煤业有限公司 立井施工超前探放水设计及作业规程立井施工超前探放水设计及作业规程 前前 言言 为贯彻落实 安全第一 预防为主 综合治理 的安全生 产方针 以坚持 预测预报 有疑必探 先探后掘 先治后采 掘 的水害防治原则 消除矿井水害隐患 确保安全生产 特编制永丰煤业立井延深施工探放水专项设计 第一章 工程简介 山西煤炭运销集团永丰煤业有限公司隶属于晋城市运销公司 的子公司 该矿由原山西巴公永丰煤业有限公司 原巴公镇来 村煤矿北部井田以及泽州县巴公镇李村煤矿 十关闭 泽州县 巴公镇北郜煤矿 十关闭 和空白资源整合而成 包括 2006 年 关闭高场煤矿部分井田 矿井由煤炭工业石家庄设计研究院设 计 设计生产能力 0 9Mt a 设计服务年限 14 28 年 1 主立井 刷大延深 净直径 6 0m 净断面 19 63m2 垂深 200m 表土段采用 钢筋混凝土支护 基岩段采用混凝土支护 装备一对 6t 箕斗 设梯子间 担负全矿井提煤任务 兼作进风井及安全出口 2 副立井 刷大延深 净直径 7 0m 净断面 38 48m2 垂深 193 19m 表土段采 用钢筋混凝土支护 基岩段采用混凝土支护 装备一对 1 5t 双 车单层宽窄罐笼 设梯子间 担负全矿井的提矸 下料及人员 升降等辅助提升任务 兼作进风井及安全出口 3 回风立井 新开凿 净直径 5m 净断面 19 63m2 垂深 161m 表土段采用钢筋 混凝土支护 基岩段采用混凝土支护 设梯子间 担负全矿井 的回风井任务兼作安全出口 第二章 组织机构 一 成立探放水领导小组 组 长 副组长 成员 二 领导小组岗位责任制 全面负责探放水工作的监督检查 负责探放水的安全技术管理工作 负责探放水措施的贯彻学习 负责探放水日常资料整理工作 其他成员负责探放水措施的落实 各部门在项目部经理的领导下 根据现场实际 及时编制 探放水方案的实施及落实情况 及时修订措施不足 切实保障 安全生产 杜绝水患滋生 第三章 水文地质条件 第一节 井田边界及水力性质 山西煤炭运销集团永丰煤业有限公司矿井周边相邻有 3 座 矿井 井田北邻山西煤炭运销集团兰煜煤业有限公司 东和山 西兰花集团莒山煤矿有限公司相望 南和山西晋煤集团泽州天 安靖丰煤业有限公司相望 西为断裂带 无矿井 北 东 南 为人为技术边界 无隔水边界 本井田含水层与周边井田存在 水力联系 第二节 主要含水层 一 含水层特征一 含水层特征 1 新生界第四系冲积 洪积孔隙含水层 本组地层广泛出露于井田内的梁 峁上 主要充水介质为 底部的砂砾石层 接受降水及基岩裂隙水侧向补给 该含水层 富水性不均一 在砂砾石层厚度较大 且接受补给条件好的地 段 可形成富水性较好的含水层 2 二叠系下统碎屑岩类砂岩裂隙含水层 该含水层包括山西组和下石盒子组地层含水层由基岩风化 壳 K8 K9砂岩及 3 煤顶板砂岩组成 据调查 区内泉水单泉 流量均小于 1L s 在井田内的 YF2 2 号水文地质孔 由于该含水层厚度大 含水微弱 未对上部的二叠系地层的碎屑岩层分段抽水试验 与下部太原组碎屑岩夹碳酸盐岩层合并做混合水的抽水试验工 作 抽水层段 78 50 215 41m 由抽水试验资料 静止水位埋 深为 78 30m 水位标高为 825 39m 涌水量 0 947L s 渗透 系数 0 1388m d 单位涌水量 0 0320L s m 为弱富水性 水 化学类型为 HCO3 SO4 Ca Mg 型 3 上石炭统太原组灰岩岩溶裂隙含水层 本组地层在井田内没有出露 是本井田主要含煤地层之一 该组地层除砂岩 砂质泥岩 泥岩及煤层外 有四层发育良好 易被水溶解的海相石灰岩 即 K2 K3 K4 K5石灰岩 总厚度 17 53m 4 奥陶系中统岩溶含水层 奥陶系为煤系地层之基底 岩性为海相厚层状石灰岩 主 要成份为碳酸钙 因其易被水所侵蚀溶解成溶洞 在深部溶洞 裂隙是相当发育的 甚至使上部岩层塌陷而成柱状陷落 井田 内的 YF2 2 号水文地质孔 揭露奥陶系中统石灰岩地层厚度 267 05m 岩性为厚层状深灰色灰岩夹中厚层状角砾状灰质泥灰 岩和厚层状泥质灰岩 上部为奥陶系中统峰峰组地层 厚 145 00m 下部为奥陶系中统上马家沟组地层 揭露 122 05m 据钻探岩芯确定 含水层位于上马家沟组 厚约 24 0m 经抽 水试验 该含水层静水位埋深为 230 05m 水位标高为 573 64m 涌水量 0 911L s 水位降深 3 94m 抽水孔半径 0 065m 渗透系数 0 8359m d 单位涌水量 0 2312L s m 为 中等富水性 水质分析 水的总硬度为 420 83mg L PH 值为 7 9 矿化 度为 535mg L 水化学类型为 HCO3 SO4 Ca Mg 型 据区域资料 巴公 大阳一带水力坡度为 6 6 推算井 田内奥灰岩溶水位标高 560m 585m 由北西向南东流动 二 含水层的补 径 排条件二 含水层的补 径 排条件 井田内地下水以大气降水作为补给的主要形式 其补给条 件受地形 岩性 植被 构造及目前 3 煤采空区的分布等因 素的影响 也与有效降雨量及延续时间有关 一般来说 暴雨 对地下水补给不利 长时间的中 小雨极有利于地下水的补给 植被发育地段 具有好的蓄水性 可增大降水入渗量 降水的 延续时间则是地下水能否获得补给的重要因素 由于区内降雨 主要集中在 7 9 月份 因而地下水也具有 集中补给 常年 消耗 的特征 在非煤层采空区地表 第四系或基岩地下水也可接受上方 以季节性为主的局部地表水的补给 从目前整个井田来看 目前地下水排泄主要有两种方式 一是蒸发作用 二是煤矿排水作用 次为人工取水排泄与局部 断层向下排泄和小泉排泄等 因目前区内泉水分布很少且为小 泉 尤其是在旱季除局部矿坑排水外难以在地表形成有一定规 模的地表水流 故沟谷或河流排泄作用已属次之 应该指出 上部裂隙水 泉水 矿坑排水等在地表水与地下水之间的补给 与排泄方面 有着密切的相互转化的内在联系 区内上部地下水位分水岭基本上与地表分水岭一致 地下 水的径流运动特征主要表现为 一是由分水岭地段向两侧低洼 沟谷方向运动 二是与褶皱构造及岩层产状有关 沿倾向顺层 迳流 三 三 各含水层间水力联系各含水层间水力联系 井田深层岩溶水属三姑泉域水文地质单元 大气降水和地 表水通过西部灰岩裸露区垂直补给是其主要的补给方式 另外 其它含水层的地下水通过断层 陷落柱等构造通道向深部越流 也是岩溶地下水的补给来源之一 岩溶地下水接受补给后 由西向东 由北向南运动 最终 排向丹河河谷中三姑泉等泉群 近年来人工开采也成为岩溶地 下水的排泄方式之一 石炭系和二叠系砂岩裂隙水 在接受裸露区大气降水补给 和上覆松散层的入渗补给后 顺岩层倾斜方向运动 上部含水 层在沟谷中以侵蚀下降泉的形式排泄 下部含水层地下水一般 顺岩层倾斜方向运动 现采煤矿矿坑排水和民井开采是其主要 的排泄方式 松散岩类孔隙水 主要接受大气降水的垂直入渗补给和基 岩裂隙水的侧向补给 地下水流向和地表水基本一致 排泄方 式主要是蒸发排泄和人工开采 第三节 主要隔水层 一 隔水层组成一 隔水层组成 1 二叠系碎屑岩类砂岩层间隔水层 主要由泥岩 砂质泥岩及粉砂岩等组成 呈层状分布于各 含水层之间 根据整合地质报告资料 井田为一次级向斜构造 其构造裂隙不发育 且各含水层富水性弱 在垂向上阻隔了各 含水层间的水力联系 2 石炭系上统太原组上段隔水层 由 K7砂岩至 K4石灰岩间泥岩 砂质泥岩 粉砂岩等隔水层 其隔水性能较好 在无构造沟通或遭受破坏的情况下 可成为 9 煤层底板的良好隔水层 3 石炭系上统太原组 15 煤层以下及中统本 第四章 涌水量预算 据矿井调查 矿井涌水量受地表降水量影响较大 雨季排 水量增加 旱季排水量减小 今后矿方应注意回采后的地表裂 隙 防治洪水注入井下 搞好雨季排水工作 1 3 煤层涌水量预算 该整合区内四矿均为开采 3 煤层的矿井 其中两矿已关闭 一矿为过渡生产矿井 另一矿为基建改造矿井 各矿目前涌水 量见表 6 3 采用井田内富水系数最大的原巴公来村煤矿 3 煤层井下涌 水量 实际正常涌水量为 200m3 d 雨季可达 300m3 d 矿年产 原煤 15 万 t 日出煤量为 454t 左右 每年实际出工 330 天 吨煤出水系数为 0 441 0 661m3 t 随着生产能力提升到 90 万 t a 日出煤 2727t 左右 预计涌水量为 1200 1800m3 d 重组前各矿井井下涌水量一览表 表 6 3 矿井名称 生产能力 万 t a 涌水量 正常 最大 m3 d 富水系数 m3 t 现状备注 原巴公永丰煤业 3036 96 0 040 0 106 基建 原巴公来村煤矿 15200 300 0 441 0 661 过渡生产 原巴公李村煤矿 150 240 关闭2009 年底 原巴公北郜煤矿 60 90 关闭2009 年底 2 9 煤层涌水量预算 据调查 本矿井后期开采方式 工作面布置与距井田东侧 1 5km 的晋城市三八煤矿类同 晋城市三八煤矿开采 9 煤层 实际生产煤量 60 万 t a 时矿井涌水量为 720 1200m3 d 据此 山西煤炭运销集团永丰煤业有限公司涌水量采用富水系数法预 算 则兼并重组后 9 煤层后期生产规模达 90 万 t a 时 矿井 涌水量可达 1080 1800m3 d 3 15 煤层涌水量预算 整合后矿井设计生产能力为 90 万 t a 以开采 15 煤层为 主 井田开采地段的总面积为 6 1612km2 采用邻近的兰煜矿井涌水 量比拟预测 根据比拟法预算了整合后的矿井涌水量 计算公式 Q Q0 F F0 F 本井田面积 取 6 1612km2 F0 兰煜井田面积 查得为 9 6km2 Q0 兰煜矿井涌水量预测 15 煤层涌水量 查得为 2765 8m3 d 经计算 15 煤层上部含水层总涌水量为 1904 96m3 d 即 正常涌水量取整预计为 80m3 h 2 计算结果评价与采用 综上所述 根据经验 最大涌水量可考虑取正常涌水量的 1 5 倍 即 120m3 h 本次预计的矿井正常涌水量 未考虑断层或陷落柱的影响 也不包括老窑的突水量 生产部门在大巷或工作面推进至此处 时应采取相应措施 第五章 煤矿防治水规定 根据 煤矿防治水规定 采掘工作面遇如下情况之一的 应当进行探放水 一 接近含水层 导水断层 暗河 溶洞和导水陷落柱时 二 打开防隔水煤 岩 柱进行放水时 三 接近水文地质条件复杂的区域时 四 接近可能出水的钻孔时 五 采掘破坏影响范围内有承压含水层或者含水构造 煤 层与含水层间的防隔水煤 岩 柱厚度不清楚可能发生突水 时 六 接近其它可能突水的地区时 第六章 超前探放水钻孔计划 一 超前探放水依据 本井田开采历史 结合我单位施工的永丰煤业立井井筒 掘砌工程地质资料 无上一项所述几种情况 根据 煤矿防 治水规定 在井筒涌水量大于 6m h 时进行探放水 二 超前探放水钻孔计划 我单位计划在主 付立井井筒施工中涌水量大于 6m h 时开始进行探放水 直至过 K5 含水层结束 新掘风井井筒 施工距 3 煤 20 米开始进行探放水 探采空区和 3 煤 直至 过 K5 含水层结束 三 探水钻机型号及参数 超前探放水使 ZLJ 400 型矿用全液压钻机 工程施工设 计 3 个钻孔 性能及用途 ZLJ 系列矿用坑道钻机主要用于矿井内各种角度的深放水孔 地质构造孔 灭火孔 抽放瓦斯孔 本钻机采用机械给进 具有体积小 重量轻 性能可靠 操作方便等优点 钻机主要参数如下 参数 序号项目单位 ZLJ 400 高速 N m400 中速 N m2301 额定转矩 低速 N m130 高速 r min340 中速 r min1922 额定转速 低速 r min112 3 系统额定压力 Mpa8 4 系统额定流量 L min12 5 最大给进力 KN9 6 最大起拔力 KN12 7 噪声声功率级 Db A 小于 88 8 推进行程 mm400 9 钻孔倾角 0 0 360 度 10 绞车最大提升能力 Kn7 3 11 卷筒容绳量 m26 3 12 使用钢丝绳直径 mm8 8 13 钻杆直径 mm42 14 供水压力 Mpa0 6 1 2 15 电机型号 YBK2 132S 4 16 电动机功率 Kw5 5 17 电动机电压 V380 660 18 电动机额定电流 A13 4 8 8 19 外形尺寸长 宽 高 mm1280 700 1230 20 机重 kg480 主 副 风井筒共布置三个钻孔 均按井筒中心线布置 1 孔位置为 井筒正中 钻孔倾角 90 2 位置 以一号钻 孔西偏 1m 处 钻孔倾角为 75 方位角 90 3 位置 以 一号钻孔东偏 1m 处 钻孔倾角为 105 方位角 270 孔 深均为 30m 后附钻孔示意图 第七章 施工流程 用软岩钻头一次性钻进 30m 若无水流出 向前掘进 20m 后 停止掘进 再钻进 30m 掘进 20m 依次循环下去 若发 现有水流出 应立即停止钻进 但不得将钻杆拔出 项目部 派人检测水情 发现情况危急 应当立即撤出所有井下人员 到地面 并立即向项目部调度室和矿调度指挥中心汇报 采 取安全措施进行处理 第八章 排水方案 一 排水方式 工作面探放水采用 1 台 QOB 15N 型隔膜泵利用 2 寸胶管 将水引到井下临时水仓 再用 D85 型主排水泵经 108 6mm 钢管排至地面水池再经排水管路通场区外 井下临时水仓排水工作每天由专人负责排水 确保水位 降至最低位 供电系统由地面直接供电 二 排水泵的参数 型号QOB 15N 型隔膜泵 D8543 7 型 排水泵 流量 85 m h 扬程 150m 风压 0 6MPa 电压 380V 转速 2590r min 口径2 寸 100mm 三 排水泵的备用 井筒施工点排水泵按 一用一备 配置 D85 型水泵按 一用一备一检修 的原则配置 井筒施工地点备用水泵放 置在井口 第九章 超前探放水准备工作 一 由掘进队队长组织 探访水专职人员负责向全队人员 贯彻本措施 并要求严格按本措施执行 二 超前探放水工具 钻机 1 台 钻杆 40 根 钻杆连接 器 40 个 钻头 4 个 风管 1 根 三 入井前打钻人员必须带足易损件 钻头 钻杆连接器 等 四 开钻前 将掘进用工器具撤至小型挖掘机后的安全地 点 五 排水系统必须紧随井筒施工工程 排水系统完善可靠 排水能力充足 六 排水路线 作业点 临时水仓 地面 第十章 探放水施工注意事项 一 跟班队长是打钻负责人 现场打钻人员要听从跟班队 长统一指挥 每班必须由专业技术人员跟班 进行有效的技 术指导 二 在打钻前 工作面所有与探放水无关的工器具 包括 挖掘机 升井 三 在打钻前 由跟班队长检查 确认打钻现场无安全隐 患以后 方可打钻 四 打钻过程中 打钻人员应相互配合好 避免意外伤害 五 打钻过程中若遇到卡钻 在无水流出的情况下 拔出 钻杆 换个位置 角度重新打钻 六 每次打完钻 必须用红漆在井壁准确标出开钻位置和 本次钻孔准确深度 七 探访水专职人员要班班验收好本班掘进长度 准确确 定钻孔孔深剩余量 并及时准确填报在原始记录本上 班前 会值班干部要根据本措施作出是否向前推进及向前推进长度 等具体工作 八 每次打钻结束 确保安全后 钻探工具由专人收拾保 管好 方可继续掘进作业 第十一章 探放水劳动计划表 探放水劳动计划表 单位 人 工种人数合计 探水 3 39 安检 3 13 瓦检 3 13 合计 15 第十二章 探放水安全技术措施 一 探水钻孔终孔孔径一般不得大于 75 mm 二 所有打钻人员必须严格按本措施执行 正规操作 按章作业 穿戴整齐 裤管袖口扎紧 以防被钻机缠住伤人 三 探放水负责人不在场 严禁打钻人员擅自组织施工 四 各打钻人员必须时刻牢记 安全第一 各司其职 操作规范 注重自保 互保 五 钻探施工时 有人操作 有人监护 六 接 卸钻杆时 人员要相互配合好 防止伤人 七 钻进过程中发现异常情况 应停止钻进 立即向跟 班队长汇报 查明原因 及时处理 八 瓦检员必须在工作面随时检查是否有有瓦斯 CO2 等害气体增加 瓦斯探头放在距工作面 5m 位置 并做好防淋水