玉溪煤矿进风井井底绕道探放水设计.doc

玉溪煤矿进风井井底车场绕道探放水设计山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司会 签 栏总工程师安全副总生产副总机电副总通风副总工程部安全质量监察部技术经济部机电设备部通风部地测防治水部编制人目 录第一章 概述 第二章 水文地质情况第三章 探放水工程布置与设备第四章 探放水安全技术措施第五章 避水灾路线第六章 设计方案的实施附图一 进风井井底车场绕道探放水钻孔设计图附图二 进风立井井底车场巷道探水孔布置图附表一 玉溪煤矿井下探放水记录表附表二 晋城市地方煤矿探放水安全确认移交签字表第一章 概 述玉溪井田位于山西省南部、樊庄普查区的东南部，行政区划隶属沁水县胡底乡所辖曲（沃）辉（县）公路从本井田南部通过，向西经端氏镇、沁水县城，在侯马与大运公路相通；向东在高平市与207国道交会；侯月铁路经过端氏镇，距本井田约17km，向西在侯马与南同蒲线接轨，向南在月山与太焦铁路相交，交通方便。玉溪井田由山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司开发建设，井田走向长5.2km，倾斜宽5.06.4km，面积26.172km2。全井田内3号煤层总资源量为216.69Mt，设计可采储量为142.29Mt，矿井设计生产能力2.40Mt/a，3号煤层服务年限为50.7a。矿井采用斜井开拓，工业场地布置主斜井、副斜井共2个井筒。担负提升煤炭、大件、日常材料、小型设备和矸石等任务。在玉溪村北部布置1对进、回风立井负责矿井初期的通风任务。井下布置井田中央南北向的一组大巷开拓全井田，水平标高+327m，全井田共划分为2个盘区，首采盘区为井田南部的一盘区。玉溪煤矿项目现已进入全面施工阶段，主副斜井及进回风立井井筒工程正常开展，为了保障施工安全，防止突水、透水事故的发生，根据煤矿安全规程、国家相关文件及晋城市煤炭工业局要求，并结合玉溪煤矿精查地质报告及实际情况，特制定本矿井探放水设计。第二章 水文地质情况一、地表水文资料井田位于延河泉域北边界剥蚀山区，沟谷切割较深，出露二叠系、三叠系及第四系松散堆积物。井田主要河流樊庄河发源于老马岭一带，属于固县河的支流，为季节性河流，东西横穿井田。枯水期流入井田东边界王回村时流量为4.34L/s，王回村以南50m消失形成地下水；在其下游玉溪村出露，流量为14.34L/s，然后又消失形成地下水；在南边界外出露，河床较窄，多为卵、砾石及砂、粘土组成，砾石磨园度及分选差。其次为樊庄河支流，主要有金地坡沟谷，王回村西沟谷，玉溪北沟谷，西部洞沟一带等，上游均有常年性流水，下游多入渗Q4砂、砾石层中，至樊庄河附近时均已消失，属于季节性河流，受大气降水影响较大。二、井田主要含水层1、奥陶系中统岩溶裂隙含水层该含水层位于延河泉域北边界奥陶系岩溶裂隙含水层厚层覆盖区，属于弱迳流带。井田内该含水层可分为下马家沟组，上马家沟组及峰峰组含水层。岩性主要为石灰岩、泥灰岩、角砾状泥灰岩等。14-3号孔资料显示，本层单位涌水量为0.0056L/s.m，渗透系数0.0326m/d，水位埋深205.46m，标高为593.92m。2、石炭系上统太原组含水层该含水层为碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶裂隙含水层，井田内无出露。井田内有四个钻孔揭穿，主要含水层由数层砂岩裂隙含水层及K2、K3、K5灰岩岩溶裂隙含水层构成。井田内该含水层未进行抽水试验，邻区资料，该含水层除局部因构造影响富水外，一般富水性弱。3、二叠系下统山西组含水层为碎屑岩裂隙含水层，井田内无出露。含水层主要由中-细粒砂岩组成。厚度1.51-15.02m，平均8.97m。含水空间以砂岩裂隙为主，是3号煤层顶板直接充水含水层。13-1及14-3号钻孔抽水试验资料显示，本层单位涌水量为0.0010.00281L/s.m，渗透系数为0.00730.0105m/d，为富水性弱的含水层。4、二叠系上统砂岩裂隙含水层为碎屑岩裂隙含水层，含水层主要由粗-细粒砂岩组成，含水空间以风化裂隙及砂岩裂隙为主，泉集中分布于向斜轴部，一般泉流量小于 0.3l/s，为弱富水性含水层。5、基岩风化带含水层该含水层厚度由风化裂隙发育程度而异，含水层主要由粗-细砂岩组成，含水空间以风化裂隙为主。13-1及14-3号钻孔抽水试验资料显示，本层单位涌水量为0.0083l0.0455L/s.m，渗透系数0.02150.0937m/d，水位标高+877.29m和+743.10m，属于弱富水性含水层，6、第四系松散层砂、砾含水层该含水层为松散岩类孔类隙水，含水层主要由砂、卵、砾石层等组成，主要分布于樊庄河谷及山间沟谷地带，富水性差异较大，受分布位置，补给条件及岩性组合的影响，局部富水性较好。三、矿井开采历史及临界情况1、矿井开采史玉溪煤矿项目于2009年11月经国家发改委审核后正式开工，为新建矿井。2、矿井开采邻界情况玉溪井田东侧为车山探矿区（未采），南侧为王坡煤矿二期采区经过调查未发现有越界现象，西侧胡底煤矿正在扩建，北侧樊庄井田探矿区（未采）。四、地质构造情况玉溪煤矿地质精查报告显示井田内构造属简单类型，首采区内三维地震勘探报告解释断层10条，其中逆断层4条,正断层6条；落差均大于5m，小于10m的断层5条，大于等于10m的断层5条。解释陷落柱18个，其中可靠陷落柱11个，较可靠陷落柱7个，其平面形态、地质特征、规模、陷落高度等均有差异。在3#煤层上直径大于100m的陷落柱9个，小于100m的陷落柱9个。在陷落柱、断层附近对煤层、煤质及开采技术条件有所影响外，其余影响不大。五、进回风立井布置及支护见下表井筒特征表井筒名称地面标高井筒标高井筒倾角井筒长度井筒直径井筒断面支护方式净掘进净掘进进风井+907.0+328.15905786.06.928.339.6混凝土第三章 探放水工程布置与设备一、探放水原则进风立井井筒布置在玉溪井田西南部风井场地，在井筒及巷道施工时必须坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则，采取相应的防、堵、疏、排、截综合治理措施。二、探放水设备进风立井井底车场绕道钻探钻机有效钻进距离不得低于200m，终孔直径75 mm，根据煤矿防治水规定、煤矿水害防治技术的要求及玉溪煤矿水文地质条件（凡能满足钻孔深度及符合井下使用的设备都可作为探放水钻机使用）目前选用ZDY1900S（MKD-5S）型类矿用全液压坑道钻机可满足施工探水要求，设备参数见下表：额定转矩(N.m)电机功率推进力/起拔力(KN)钻杆直径(mm)额定压力(MPa)1900-50037112/7763.5/7335钻孔深度(m)额定转速(r/min)主轴通孔直径(mm)终孔直径(mm)主轴倾角 ()350/100148075752000-90三、探水孔设计1、长探探放水孔布置在进风井底绕道工作面迎头采用扇形方式布置探水孔6个，每个探水孔有效探距不低于200米，超前安全距离60米，允许掘进距离140m，具体单孔布置方案见下表：进风立井井井底车场绕道探孔布置表 图附后（一）孔号标题1号探孔2号探孔3号探孔4号探孔5号探孔6号探孔位置中心线上左侧中孔右侧中孔左侧边孔右侧边孔中心线上倾角0830-44-8302与底板距离1米1.5米15米1.5米1.5米15米与中线距离0米3.5米1米1米3.5米0米探孔深度200米202米201米201米202米200米2、短探补充探放水孔布置：在进风井绕道掘进过程中由于长探无法满足防治水要求，所以采用补探进行探放水并确保井巷施工安全。第一次短探探孔布置 图附后（二）孔号标题探眼位置1号探孔2号探孔3号探孔4号探孔位置掘进至长探45米处开始第一次短探左侧孔左侧边孔右侧孔右侧边孔倾角-3103-10与底板距离1.5米0.5米1.5米1.5米与中线距离0米0米2米2米探孔深度90米92米91米91米 第二次短探探孔布置：孔号标题 图附后（二）探眼位置1号探孔2号探孔3号探孔4号探孔位置掘进至长探110米处开始第一次短探左侧孔左侧边孔右侧孔右侧边孔倾角-474-7与底板距离1.5米1.5米1.5米1.5米与中线距离0米0米2米2米探孔深度60米62米61米61米四、放水措施1、探明水源后，设法将威胁矿井的水流有计划、科学地进行放出，在水压不大的情况下，可直接利用探水孔进行放水；如果水压较大，可另打放水钻孔进行放水；在打放水钻孔时，钻孔口要设置直径为75mm，长度为5米的套管，套管上有放水阀门。2、放水时，根据排水能力的大小用阀门控制放水量，以免造成水灾。3、放水时，要时刻注意水量变化情况，当放水孔停止出水时，要分析情况，如果顶孔、底孔都不出水，应在底部打深孔进行放水深孔无水，可继续进行掘进。五、排水系统矿井采用独立排水系统1、采用二级排水系统，各工作面采用BQK-III-5.5KW型矿用潜水泵（排水量为20 m3/h，扬程50m），排至井底水窝，再由主水泵排出地面。2、进风立井井底水窝安装两台MD46-5012-160KW（一用一备），额定流量为46m3/h，扬程为600米，各布置一趟108mm排水管路。六、矿井正常涌水量与排水能力1、正常涌水量：进风立井垂深614米，最大涌水量8.07m3/h。2、排水能力：进风立井排水泵实际排水能力8.07*24/46*80%=5.3小时。七、探水前的准备工作1、检查井筒排水系统，清理水沟、水仓及排水管路，确保排水泵及电动机正常运转，达到排水系统设计的最大排水能力。2、探水点后方准备一定数量的水泥、套管、坑木、麻袋、木塞、斧头等堵水材料及物品。3、每班安排专职安全员和瓦检员，由瓦检员按规定进行有毒有害气体检查。当瓦斯浓度超过1%时,必须立即停止工作，撤出全部门作人员。4、加强探孔附近的巷道支护，在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板，检查探水施工地点巷道底板、顶板及两帮是否有松软或膨胀现象，确保支护牢固。5、确保井筒水灾避灾路线畅通无阻，并在井筒中有明确的指示牌板。6、探水孔施工地点或其附近必须安设有能直通矿调度室的专用电话，并确保有专人值守。八、安钻探水前的技术要求：1、当有突水征兆时，应首先采取措施方可安设钻机，安钻地点与积水区间距小于探水规定的超前距。2、钻窝应选择做在坚硬的底板上，避免选在断层带或松软岩层上。 3、钻机安装必须由专人负责，确保钻机平稳牢固。安好钻机后方可接通电源，操作人员必须严格执行停送电制度。4、按井筒设计要求及时修建排水沟，清理巷道并挂好风筒、电缆、管道等。5、由测量人员与探水员依据设计要求现场标定探水孔位置，确定钻孔的方位、倾角、深度和数量。6、井筒检查孔资料显示岩层水压不大于0.1MPa，在正常探放水施工时不安设止水套管。7、当井筒水文地质条件发生变化，实测水压大于0.1MPa的地点探水时，则必须安设止水套管，深度要求见下表：岩层中探水钻孔超前钻距和止水套管长度水压（MPa）钻孔超前钻距（m）止水套管长（m）1.01.0-2.02.0-3.03.01015202551015208、钻孔内水压大于1.2MPa时，采用反压和有防喷装置的方法钻进。9、在探水作业前，所有探水作业人员必须认真学习探放水作业设计，掌握探放水操作规程，熟知井筒避灾路线和安全措施，有关人员考试合格后方可上岗作业。九、操作工艺1 、开钻前的准备1.1、油箱内加满清洁油液（钻机正常工作后油面应在油位指示计的中间偏上约2/ 3处），一般用N46抗磨液压油，如果环境温度较高可用N68抗磨液压油。1.2、检查钻机及各部分紧固件是否紧固。1.3、在需要润滑的部位加注润滑油和润滑脂。1.4、检查各油管是否连接无误。1.5、主油泵按指示的箭头先将泵量调至最小位后再反转5至8圈即可，副油泵的泵量调至25%左右即可。1.6、将操作台上副油泵的功能转换手把置于调压阀位（也就是前位）。其它的操作手把均放在中间位置，背压调节手轮（单向节流阀）顺时针调到极限位置。减压阀、溢流阀手轮调至最小位置。马达变量手轮按需要调节，一般在中速排量范围。1.7、打开油箱上的截止阀，此阀未打开前不准起动电机。2、启动2.1、接通电源。2.2、试转电机，注意转向是否与油泵的要求一致。2.3、启动电机，观察油泵是否正常运转（应无异常声响，操纵台上的回油压力表应有所指示）检查各部件有无渗漏油。2.4、使主、副油泵空转35分钟后再进行操作，如油温过低，空转时间加长，待油温达20左右时，才可调大排量进行工作。3、试运转3.1、油马达正转、反转双向实验，运转应正常平稳，系统压力表读数不应大于4MPa、3.2、反复实验回转器的前进、后退，以排除油缸中的空气，直到运转平稳为止，此时系统压力不应超过2.5MPa。3.3、实验卡盘、夹持器，开闭要灵活，动作要可靠。3.4、检查各工作机构的动作方向与指示牌的标记是否一致，如不一致应及时调换有关油管。例：回转马达的正、反转，前进、后退等。3.5、在以上各项试运转过程中，各部分应无漏油现象，如发现应及时排除。4、开钻4.1、无岩芯开孔4.1.1、从回转器后端插入一根钻杆，穿过卡盘，顶在夹持器端面上（因此时夹持器闭合，不能穿入）。若从回转器后端不能插入钻杆时，可关掉钻机，待钻杆插入回转器后，重新启动钻机。4.1.2、副油泵功能转换阀手把推到前卫（即溢流给进位），夹持器功能转换手把推到分离位（即前卫）。将起下钻转换手把推到下钻位置，向前推给进起拔手把，使钻杆进入夹持器，在夹持器前方人工拧上无岩芯钻头，准备钻进。4.2、取芯开孔4.2.1、抽出夹持器卡瓦，回转器后退到极限位置，在卡盘前方放入粗径取芯具（应用短岩芯管）。4.2.2、从回转器后端插入一根钻杆，与粗径钻具接头拧在一起，准备钻进。5、下钻5.1、将夹持器上盖翻转到一侧，抽出夹持器下卡瓦，将小于108mm的粗径钻具下入孔内，用垫叉悬置在孔口管上（钻下垂孔时）或顶在夹持器前端（钻上仰孔时）。5.2、合上夹持器上盖，从回转器后端插入钻杆，将起下钻手把置于下钻位置，向前推给进起拔手把（即给进回转器）使钻杆穿过夹持器，与粗径钻具接头接连在一起（手动或机动），然后装上夹持器卡瓦。5.3、搬动给进起拔手把，靠回转器的往复移动将钻杆送入孔内，待钻杆尾端接近回转器主轴后端时停止送入。5.4、从回转器后端插入第二根钻杆，人工对上丝扣，后退回转器，并且正转（卡盘自动夹紧）拧紧钻杆，重复5.3操作，送入第二根钻杆，以后依次反复，直到送完全部钻杆。6、钻进6.1、接上水龙头，开动泥浆泵，向孔内送入冲洗液。6.2、待孔口见到返水后，将给进起拔手拉向起拔位置，使回转器后退到极限位置，夹持器完全打开，随之关闭截止阀，夹持器处于打开状态。反时针旋转背压调节手轮，使其关小（垂直孔需关死）。推动马达回转手把让回转器正向旋转（注意切勿反转）。将给进起拔手把回到中位，将转换手把置于中间位置。6.3、根据具体情况调整回转速度进行加压或加压钻进。6.3.1、加压钻进：将给进压力调节手轮朝反时针方向旋转到极限位置（此时给进压力最小），顺时针旋转给进背压调节手轮（18），当钻具开始移动时停止旋转，让钻头慢慢推向孔底进行扫孔。扫孔完毕，继续旋转背压调节手轮，使背压将为零。再把给进起拔手把推到给进位置，然后逐渐增大钻进压力（顺时针方向旋转给进调节手轮）使达到规定值，开始正常钻进。6.3.2、减压钻进:：钻进下垂孔，当钻具重量超过钻头所需要的压力时，应作减压钻进，此时应有钻具悬置状态下读起拔压力表读数（称重），然后顺时针方向旋转背压手轮，减小背压，使钻具缓慢下移进行扫孔。待钻头接触孔底后，再继续减小背压，提高孔底压力到达规定值，开始正常钻进。 钻进过程中，转数和压力应根据工艺需要及时调整，孔底压力可按下述公式计算。 孔底压力计算公式为：P钻=623P给-431P起-9.8LgSin式中：P钻孔底压力N P给给进压力表读数MPa P起起拔压力表读数MPa g每米钻杆的质量，考虑接头以后73钻杆的近似值为g=16.6Kg/m: L钻具总长度m: 钻孔轴线与水平的夹角，上钻孔取为“正”，下斜孔的取为“负”，相应地Sin也有正负之分： 623.431为给进装置的给进与起拔压力换算系数： 9.8重力加速度m/s2.7、倒杆7.1、减小孔底压力，停止给进，然后停止回转，向前推进夹持器功能手把（即夹持器油路开通），夹持器夹住钻具。7.2、退回回转器（也称“倒杆”）7.3、借助于给进，打开夹持器，将夹持器截止阀关闭，然后重新开始钻进（操作同前）。8、加杆（接长钻具） 8.1、减小孔底压力，停止给进和回转，向前推夹持器功能手把。 8.2、停供冲洗液，卸下水龙头。 8.3、接上加尺钻杆，再接上水龙头，退回回转器，打开夹持器，夹持器截止阀关闭，即可开始钻进。9、停钻 9.1、减小孔底压力，停止给进和回转，向前推夹持器功能手把。 9.2、将钻具提离孔底一定距离（参考起钻说明） 9.3、停供冲洗液。10、起钻 10.1、停钻，停供冲洗液，卸下水龙头。 10.2、将起下钻转换手把置于起钻位置，回转器马达排量调到最大。 10.3、扳动给进起拔手把，拉出钻杆，待欲卸的接头露出夹持器250300mm时停止，马达反转拧开钻杆即可（注意：开始卸钻杆时回转器绝不能后退到极限位置，须留70mm以上的后退余地，以便回转器能在卸扣过程中随着丝扣的脱开而自动后退否则将会损坏机件或钻杆丝扣） 10.4、前移回转器，使孔内钻具的尾端进入卡盘，同时取下已卸开的钻杆。10.5、拉出下一根钻杆，再按10.3和10.4操作。直到拔出孔内全部钻杆。10.6、最后取出粗径钻具。十、操作中应特别注意的问题1、油管没有全部接好以前不允许试转电机。2、孔内有钻具，除按规定程序钻杆外，绝不允许马达反转，3、停止钻进时，要立即将夹持器功能手把推向前位，使夹持器夹紧钻杆，确保安全。4、用马达反转卸开钻杆接头时，必须留足卸扣长度（详见前述）5、在钻进过程中要随时注意观察各压力表的读数变化，发现异常及时处理。十一、探水施工中的技术要求：1、探水员在钻进时应准确判别煤、岩层厚度并准确记录岩层深度，一般每钻进10m或更换钻具时，测量一次钻杆并核实孔深。2、钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或孔中的水压、水量突然增大和有顶钻等现象时，必须立即停钻，记录其孔深并同时将钻杆固定，严禁移动和起拔，钻机后面严禁站人，并立即向矿调度室汇报，及时采取措施。情况危急时必须立即撤出所有受水害威胁地区的人员，然后采取措施进行处理。3、钻进中发现有害气体喷出时，应立即停止钻进、切断电源，将人员撤到有新鲜风流的地点，采取措施，并立即报告矿调度室。4、钻孔内水压增大时，应采用反压和防喷装置的方法钻进，应有防止孔口管和煤(岩)壁突然鼓出的措施。5、在探水孔施工中，见到含水层、断层、陷落柱和积水区之前，应停止钻进，进行处理。6、为防止卡钻在交接班时严禁停钻，如遇特殊情况应及时停钻进行检查并尽快处理。十二、放水的技术要求：1、放水人员填写好放水记录，记录内容有水量大小、本班抽水情况以及其他异常情况，并认真进行交接班，出班后填写记录，并向矿调度室汇报，便于矿领导分析水量情况。控制放水孔的流量或调整排水能力，并清理水仓、水沟等。2、要有专人监视观察水情，并携带报警仪，当出现有毒有害气体超限时，必须立即采取措施处理，并向矿调度室汇报3、放水过程中，出现钻孔堵水、水量变小等情况时，及时采取措施，将钻孔疏通，保证出水正常，采取措施后水仍然变小或部出水，重新钻孔进行放水，直至水流不出为止。4、放水过程中，遇紧急情况，马上发出警报撤出受水威胁地点的人员。5、瓦检员加强瓦斯检查，瓦斯超限时及时采取措施进行处理。第四章 探水安全技术措施一、探放水工程董事长是第一责任人，工程师具体负责防治水管理工作，地测防治水部每班安排一名专职探放水技术员，结合探放水队负责人，按照探放水设计进行探测。二、地测防治水部要建立完善的