矿井防治水课程设计.doc

华北科技学院 矿井水害防治课程设计 目录 1、工程设计的目的和意义22、 工程背景32.1 工作面情况32.2矿井水文地质状况53、 工程设计63.1依据的国家标准63.2依据的行业标准63.3工程布置方法73.3.1 技术要求73.3.2注浆改造的原理及指导思想83.3.3注浆材料83.3.4施工前准备工作93.3.5设备和材料准备93.3.6施工顺序要求104、 工程进度安排115、避灾要求116、 工程费用预算127、工程评价137.1注浆效果检验137.2总结13第 0 页1、工程设计的目的和意义 煤矿水害是影响煤矿安全生产的主要灾害之一, 北方太原群、石灰岩煤系底盘的奥陶纪石灰岩、南方龙潭组煤层顶板的长兴灰岩和底板的茅口灰岩往往岩溶发育含水丰富, 一旦受采动影响突出井下, 都会出现严重的矿井水害, 最大突水量每分钟可以从几十立方到几百立方, 极易淹井。影响底板突水的因素是多方面的, 其中主要的因素是: 煤层底部的岩溶承压水、矿压地质构造及底板隔水层厚度和强度。其中岩溶承压水是造成突水的主导因素, 是基础, 矿压是造成突水的诱发因素, 地质构造是造成突水的内在条件, 煤层底板是阻抗突水的唯一因素。要预防底板突水, 就必须强化阻抗突水的因素, 削弱造成突水的条件。根据煤矿安全规程规定, 凡是在突水系数 0.7 的采区回采前, 必须制定措施, 防止突水事故的发生, 做到防患于未然, 而做到这一点, 目前有二种方法。一是通过打排水钻孔, 采取疏水降压的方法, 但这是有条件的:含水层富水性小, 疏降排水费用不高或疏降排水费用虽高, 但可以排供结合。不会因疏降严重影响工农业用水, 造成地下水的浪费。 不会因疏降造成地面大面积沉降和环境污染。含水层的补给边界, 水量已经查明, 可以合理疏降到一定的安全水平。另一种是通过打钻孔到预定层位, 然后注浆改造煤层底板含水层, 使本来是强含水层变成弱含水层或者成为隔水层。通过此次地板改造增加隔水层厚度，为矿井安全生产提供前提保证。 2、 工程背景2.1 工作面情况665工作面平均走向长886m，平均倾向宽183m，工作面回采上限标高-570m，下限标高-660m。该面地质储量79.78万吨，可采储量75.80万吨。工作面机巷、风巷、切眼揭露断裂构造的具体位置及产状详见表1和图1。 表1 665工作面断层情况统计表序号 断 层 性 质倾向 （）倾角（）落差（m）断层揭露位置F665-2 正28065 2.1665机巷5#前52mF665-3 正310651.2665机巷8#前44mF665-4 正290703.0665机巷8#前49mF665-5 正265451.2665机巷9#前55mF665-6 正260451.0665机巷9#前70mF665-7 正20450.5665机巷14#前12mF665-8 正185454.0665切眼QK#前9mF665-9 正294550.8665风巷3#前57mF665-10 正270751.6665风巷4#前17mF665-11 正300823.2662风巷8#前53m图1 665工作面底板钻孔柱状665工作面平均走向长886m，平均倾向宽183m，工作面回采上限标高-570m，下限标高-660m。该面地质储量79.78万吨，可采储量75.80万吨。影响665工作面安全回采的水文地质因素主要为煤底板太原组灰岩岩溶水。据离工作面最近的水23孔水位资料，太灰水位为-380m，煤层底板至太灰顶板间距分别为49.55m和50.48 m；工作面回采下限标高为-660m。底板综合柱状见图2。太灰水突水系数Ts=P/M 式中: Ts突水系数(MPa/m) P 底板隔水层承受的水头压力为3.3 MPa M底板隔水厚度(m)取50m以上参数代入公式：Ts=P/M=3.3/50=0.066 MPa/m。物探发现665里段工作面存在多处底板富水区，存在着突水的危险，需要对下伏含水层进行注浆改造。2.2矿井水文地质状况可溶性岩石，如石灰岩、白云岩等水溶蚀后产生的空隙称为岩溶，赋存于其中的地下水称为岩溶水。岩溶水的形态是多样的，小到溶洞、溶隙、溶槽，大到溶洞，溶沟以及暗河。所以岩溶水的发育是不均匀的，岩溶水的不均匀、集中性、方向性更加突出。许多灰岩含水层多是承压水，存在着水量大，水压高、危害大的特点，已经成为威胁矿井生产的最主要的水源。本次工作面底板下方主要是太原组灰岩岩溶水。碎屑岩类裂隙含水岩组；碎屑岩类、碳酸盐类裂隙岩溶含水岩组；碳酸盐类岩溶裂隙含水岩组。井田内主要的隔水层：井田内除上述的含水层外，其余均可视为隔水层。分析其富水性，隔水性能较好的有：煤层底板至太原组灰岩之间的海相泥岩和沙泥质泥岩隔水层，岩性致密均匀，隔水性较好。海相泥岩的厚度和致密程度决定其隔水性能。太原组中段的砂质泥岩隔水层，起到了隔离灰岩与灰岩之间的水力联系。还有就是铝土质泥岩、砂质泥岩，同样可以有效地起到隔水的作用。但是由于煤层底板突水引发的突水事故还是不断发生，尤其是采矿工作面的底板以及工作面后采空区底板滞后突水，水量大水压高，轻者淹没工作面重者淹没整个采区，给矿井安全带来很大的影响。3、 工程设计3.1依据的国家标准（1）中华人民共和国安全生产法（2）中华人民共和国劳动法（3）中华人民共和国煤炭法（4）煤矿安全监察条例（5）国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定（6）煤矿安全规程3.2依据的行业标准（1）矿井水文地质规程（2）煤矿矿井水害防治工作条例（3）矿井地质工作手册（4）煤矿安全规程实施手册（5）煤矿安全管理规范与强制性措施实务全书（6）煤矿安全生产基本条件3.3工程布置方法按照“预测预报，有异必探，先探后掘，先治后采”指导方针，超前勘探，根据工作面断层产状分析，影响665工作面安全回采的水文地质因素主要为煤底板太原组灰岩岩溶水。此次工程设计采用注浆改造工作面底板薄层灰岩含水层为隔水层，从而满足工作面回采安全。为矿井安全生产提供保障。工程实施总体采用两个钻窝同时钻进对底板进行改造。与此同时在工作面内同时修筑水窝、设置泵窝。为保证钻探施工安全提前提保证。3.3.1 技术要求在钻进过程中采用多孔同时钻进技术，首先采用孔径127钻孔开孔，钻至20米后，将孔径128的孔口管用水泥固定在钻孔当中。带72小时孔口管的固定符合工程设计要求后，采用孔径75的钻头（如图2）延伸大孔至设计深度。图2 钻孔结构示意图（1）钻孔参数注浆改造的目的层为L3灰岩。浆液扩散半径按照30m计算（以扩散圆相切确定钻孔密度）。钻孔倾角30-70。钻孔需要有孔口管20m长。钻孔开孔孔径127，终孔75。钻孔应施工于钻窝内，钻孔的涌水应在泵窝内集中排出。按照给定钻孔参数设计注浆工程(钻孔参数)，效果检查孔不小于钻孔总量的20%。3.3.2注浆改造的原理及指导思想这次注浆工程正是基于这种思想, 采用打钻孔到底板灰岩含水层主要是在灰岩内注浆, 这样总的有效隔水厚度可增大20m 左右, 通过钻孔注入大量的水泥浆, 在注浆泵的高压作用下,这些浆液顺着灰岩内的裂隙通道流动, 从而挤占这些裂隙通道及溶洞,等到水泥浆凝固, 这些裂隙及溶洞便不复存在, 使本来含水丰富的灰岩变成有效隔水层, 这样即使底板受采动和矿压的影响, 由于隔水层的厚度增加了, 这样突水的危险性就大大降低了,另外通过底板注浆, 不仅可以节约长期排水费用, 而且也有利于保护地下水资源, 这一点对于现今尤为重要。3.3.3注浆材料对煤层底板注浆所选用的注浆材料基本要求是：浆液粘度低，流动性好，能进入细小裂隙和粉细砂层。浆液能从液态变为固态。固化时，无收缩现象固化后与岩石等有一定粘结性。浆液无毒、无臭，不污染环境，对人体无害。对注浆设备、管道等无腐蚀性并容易清洗。结石体有一定抗压、抗拉强度抗渗性能能长期耐酸、碱、盐、生物细菌等腐蚀。来源丰富，价格便宜。配制方便，操作简便。根据上述要求决定本次注浆液为水泥浆。3.3.4施工前准备工作将2吋供水管路铺设到工作面位置；备足不小于30m3/h的排水能力及相同能力的备用泵；在施工现场20m范围内，安装4盏防爆照明灯具； 在钻场附近10m范围内，安设一部井下电话。 各钻孔开孔均须安装孔口管及直通阀门。下入孔口管固管后，用螺丝将孔口管法兰盘与闷盖相连接，注入玻雷因，凝固后用无芯钻头扫孔至孔口管下1m进行清水耐压试验。试验压力不小于注浆压力的1.5倍，稳压时间不小于30分钟。3.3.5设备和材料准备施工前应事先准备好各种施工过程中可能会用到的材料各设备，该购买的材料应提前采购，需要的设备应和甲方共同协商上，在既能保证正常施工的前提下，尽量减少开支。综合考虑，在施工过程中会用到的材料和设备如下表2.在采购材料的过程中，为保证工程质量应购买正规材料。并且购买的数量在一定的程度上要有所富余。避免在施工过程中因材料供应不足而延误工期。准备仪器设备时个别易出现故障的设备应多准备一套作为备用。表 2 ：施工设备及施工材料一览表 名 称型 号 单 位 数 量备 注钻机ZLJ-250台2钻杆73mm米150备用70m闸阀108mm套6 重庆煤科院产品水泵45KW台21台使用，1台备用注射枪把1锚杆机台3矿方提供天固材料吨20气动注浆泵ZBQ-14.5/10台2 重庆煤科院产品注浆铁管 重庆煤科院产品高压胶管 重庆煤科院产品短接头若干矿方提供3.3.6施工顺序要求第一步，施工浅孔，用127mm的钻头向底板岩层施工钻孔30-40 m，加入20m孔口管并用水泥加固，继续钻进其他钻孔。第二步，施工水平深孔：待固定孔口管的水泥浆凝固程度达到工程设计要求时，在孔口管内用108mm的钻头延伸钻孔到达指定位置。第三步，注入水泥浆，改造目的含水层（太原组灰岩含水层）。4、 工程进度安排此次工程时间紧迫，为了能够与矿井正常开采接轨，不影响工作面的联系性生产，故在工程实施的过程当原则上应严格遵循时间安排（如表3），避免因不必要的原因而延拖工期导致矿井经济效益遭受损失。表 3 工程进度时间表施工部分预计用时/天备注施工前准备工作2包括进场、运输设备施工浅孔3施工深孔10施工超前孔2注浆、检查孔施工4撤场1总计225、避灾要求避灾时，按照指示牌所指定的路线避灾，大体上为：施工地点主斜井井筒地面。具体要求如下：设置防水闸门；在施工所在工作面修筑水窝和泵窝；保证矿井排水能力，经常清理排水沟。6、 工程费用预算根据工程实施前期准备的材料种类及数量结合市场各的单价作出如下预算表（表4）表4 底板注浆改造预算表项 目单 位 数 量 单 价造 价（元）水泥材料t 6000300 1800000运输费用m3 8000100 800000注浆工程费m38000100800000钻探工程m1000500 500000泵窝个21000020000水窝个210000 20000孔口装置套4500020000水闸阀门个 6500030000小计（元） 3990000不可预见费（15%）（元） 598500合计（元） 45885007、工程评价7.1注浆效果检验检验工程是必须的，可以是新钻孔，也可以重扫原来的钻孔，检验工程量应不小于总工程量的20%。方法就是对涌水量最大的钻孔做重启检查。检查孔施工于注浆孔的孔与孔中间，深度要大于注浆孔，但不要超过8m，如果检查孔出水量不大于原来涌水量的15%，或钻孔水量小于