主斜井探放水设计

山西汾西正令煤业有限责任公司 主斜井探放水设计主斜井探放水设计 编制单位 地测科编制单位 地测科 20132013 年年 月月 日日 1 根据 煤矿防治水规定 内容要求 为确保能够及时掌握主斜 井掘进前方及周围岩层富水情况 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 并结合主斜井实际情况 进行探放水 特制定本设计 方案及措施 一 工程概况一 工程概况 主斜井地面位置位于上令狐村以南 620m 处 地面无建筑物 地 表多为梁 峁 冲沟 巷道设计总长 943m 剩余长度 416m 巷道施 工坡度 23 方位角 270 开口坐标 X 4185 062 Y 8352 834 巷道设计净宽 5 5m 净高 4 4m 墙 净高 1 65m 拱净半径 2 75m 净断面积 20 95 垂直上下方无采 空区 二 水文地质情况二 水文地质情况 1 地表水 工作面地表有柱濮河流经 河流仅受季节性降水补给 因地表 黄土层覆盖较厚 且季节性降水短暂 降水量少 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 含水层外 其它含水层对工作面掘进均无影响 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 但因本井田无常年性 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 K 灰岩 即 K2 K3 K4 石灰岩 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 06 Mpa m 3 奥灰水 奥灰水位标高为 582 0 583 0m 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 2 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 0409 Mpa m 小于底板受构造破坏块段突水系数值 临界值 0 06 Mpa m 在正常地段 K 灰及奥灰水对掘进影响不大 无突水 危险 由于井田有断层存在 虽揭露情况显示断层不导水 但受采 动影响可能会使地层应力发生变化 从而使断层具导水性 奥灰水 突水标高为 582 0 583 0m 根据计算主斜井掘进范围均在奥灰水突 水标高以上位置 顾工作面无奥灰水突水危险性 三 地质情况三 地质情况 根据本井田地质资料分析及本矿井下和新峪矿宜兴区回风巷 皮带巷 轨道巷实际揭露情况 并结合近期物探及钻探验证结果 预计主斜井掘进至 567m 处会遇到 F3 断层 断层走向北北东 贯穿 井田 倾向南东 倾角 70 落差 50m 四 工作面主要水害四 工作面主要水害 1 综合以上分析 该工作面掘进过程中主要水害为构造导水 2 工作面涌水量预测 预计最大涌水量 6m h 正常涌水量 1 2m h 五 设计目的五 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 对物探低阻区钻探验证 对导水断层进行探查 消除突水危 险 六 物探设计方案六 物探设计方案 采用 物探先行 钻探验证 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 物探选用 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 作面的掘进工作在物探和钻探验证后的允许掘进范围之内 3 1 井下瞬变电磁探测系统基本工作方法 在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 3 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 4 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 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 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 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 4 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 5 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 6 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 5 物探方案及工程量 物探方案 每次物探有效距离为 80 米 钻探验证后再进行物探 依次循环进行 工程量 预计剩余工程物探次数为 6 次 6 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 钻探设计方案七 钻探设计方案 5 1 钻探设备选择 ZLJ 500 型专用坑道钻机 钻杆长度 1 5m 钻杆直径 42mm 钻 头直径 65mm 100mm 的两种合金钻头 2 探放水的步骤 先物探 后钻探 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 06 Mpa 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 底板 K 灰 奥灰含 水层水遇导水构造时 有突水危险 探水位置 工作面迎头为探水位置 钻孔孔深 80m 左右 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 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 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 3 5m h 5 钻孔数目及布置方案 具体布孔方案及钻孔数目根据 煤矿防治水规定 中的有关 6 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 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 倾角 23 距底板 1 0m 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 1 270 23 80米 2 255 30 83米 3 285 30 83米 详见探放水钻孔布置图 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 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 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 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 判断层位误差小于 0 5 孔深误差小于 0 5 原始记录书写工整 内容齐全 数据可靠 孔口管长度为 10 米 7 单孔设计 7 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 掘进前方及周围无采 空区及突水构造 在做一般超前探放水钻探时 可以不设孔口承压 套管 经物探分析前方有水体存在 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 89mm 钻进 9 5m 后下设套管为 66mm 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 8 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写允许掘进通知单 经有关领导审 批签字 然后下发队组允许掘进组织生产 并填写在探放水管理牌 上指导探水 掘进 探水循环作业 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 排水系统九 排水系统 由于本区域巷道掘进方向为下山巷道 要挖好排水沟和水仓 采用 30m3 h 潜水泵联合直径 4 寸管路排水 排水管路直接接至地面 排至水库 探水点挖设临时水仓 储水量不小于 3m 十 探放水技术要求十 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 十一 出水预兆及遇险撤人十一 出水预兆及遇险撤人 9 1 工作面出水预兆 一般出水预兆 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 打钻时出水预兆 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 2 遇险撤人 施工过程中如遇出水预兆 生产现场带班人员 班组长必须第 一时间下达停产撤人紧急避险命令 现场带班领导要迅速组织人员 进行自救 以最快的速度 选择最短路线向全风压大巷撤人 人员 在撤离途中要保持沉着 冷静 听从现场带班领导的统一指挥 积 及避灾 不得个人擅自行动 撤到安全地点后 由当班带班长负责 清点人数 并利用最快的通讯方式汇报矿调度室 当调度室接到井 下灾害事故汇报后 要立即启动灾害应急救援预案 措施 钻进时如遇出水预兆 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 十二 施工安全技术措施十二 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 钻机必须安装在巷道中间 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 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 10 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