探放水水安全技术措施样本.doc

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龙泉煤矿主斜井矿建二期巷道
探放水设计

中煤五公司一处龙泉项目部
二零一零年十月

编审人员

龙泉煤矿主斜井矿建二期巷道探放水设计
一、 概况
根据工程建设统一安排, 我项目部承建太原煤气化龙泉能源发展有限公司主斜井下部连接巷、 煤仓上口通风联络巷、 北胶带大巷及北胶带措施巷、 井底煤仓等二期矿建工程。根据建设单位提供的水文地质资料以及我项目部施工主斜井井筒实际揭露的水文地质资料显示, 龙泉煤矿主斜井井筒最大涌水量为50m3/h, 为贯彻落实”安全第一、 预防为主、 综合治理”的安全生产方针, 以及坚持”预测预报, 有掘必探, 先探后掘, 先治后采( 掘) ”的水害防治原则, 为消除矿井水害隐患, 确保安全生产, 特编制本措施:
主斜井下部连接巷, 设计长度为64.005m, 平巷。掘进断面积为18.49m2, 净断面积为16.32m2采用锚网喷+锚索联合支护形式, 喷射混凝土的厚度为120mm, 强度等级为C20。
煤仓上口通风联络巷, 设计长度为173.624m, 倾角﹣1.8‰, 掘进断面积为17.53—13.42m2, 净断面积为16.24—12.28m2,采用锚网喷+锚索联合支护形式, 喷射混凝土的厚度为120mm, 强度等级为C20。
北胶带措施巷, 设计长度为73.135m, 倾角﹣5.5°—平巷, 掘进断面积为17.53—13.42m2, 净断面积为16.24—12.28m2,采用锚网喷+锚索联合支护形式, 喷射混凝土的厚度为120mm, 强度等级为C20。
北胶带大巷, 设计长度为1250m, 倾角﹣16°, 掘进断面为19.26m2, 净断面积为17.31m2, 采用锚网喷+锚索联合支护形式, 喷射混凝土的厚度为120mm, 强度等级为C20。
二、 水文地质
一) 井田水文地质条件
( 一) 主要含水层:
1、 第四系全新统砂砾石层孔隙含水层
主要分布在岚河及其及支流沟谷之底。厚度0—20m, 岩性以砾石、 卵石为主, 它受地下水和地表水双重补给。
2、 第三系砾石层孔隙含水层
其上部为红色粘土, 内有3—5层钙质结核, 以上层滞水为主, 水量小, 常有小泉渗出。砾石层位于底部, 分选不良, 有少量岩屑混于其中, 因下伏基岩补给条件和所处位置的不同, 其富水性变化很大。河谷内泉水较多, 流量为0.014-2.97L/s。
3、 上石盒子组砂岩裂隙含水层
含水层主要为K6等中粗粒砂岩, 上部砂岩厚度及岩相变化较大, 主要为灰绿、 黄绿色中粗粒砂岩, 地表有小泉水渗出。底部( K6) 砂岩为灰白色中粗粒砂岩。据LB3、 LB4号孔非煤系基岩抽水试验, 单位涌水量0.032-0.10L/s·m, 渗透系数为0.058-0.23m/d, 水位标高1120.78-1181.13m, 含水层富水性弱。水质类型为HCO3—K+Na·Ca型和HCO3·CL—K+Na型, 矿化度0.41—0.42g/l, 总硬度为56.03—109.36mg/l(CaCO3计)。
4、 山西组砂岩裂隙含水层
主要由4-5层灰白色中细粒砂岩组成, 彼此被隔水层隔开, 岩性变化大。
5、 太原组含石灰岩溶蚀裂隙水层
主要为L1、 L2、 L3石灰岩及K3砂岩, L2石灰岩较纯, 裂隙发育不匀, 厚3—6m, 层位及厚度变化不大, L1多为泥灰岩, 一般厚0.5m左右, 最厚达3m。
据LB3、 LB4号孔太原组及以上基岩抽水试验, 单位涌水量为0.025-0.10L/s·m, 渗透系数为0.035-0.12m/d, 水位标高为1124.98-1180.28m。从试验结果看, 各含水层富水性弱。水质类型为HCO3—K+Na·Ca型和CL·HCO3—K+Na型, 矿化度0.37—0.68g/l, 总硬度为33.63—112.40mg/l(CaCO3计)。
6、 奥陶系中统石灰岩岩溶含水层
奥陶系中统石灰岩为本井田主要含水层, 由厚层石灰岩、 白云质灰岩、 豹皮灰岩及薄层钙质泥岩组成。岩溶发育程度因岩性、 构造裂隙的不同而有极大差异。富水性受岩溶发育程度及水文地质条件控制, 一般来说, 构造裂隙发育段, 岩溶率增高, 富水性增大。据LB3、 LB4号孔峰峰组与上马家沟组混合抽水试验, 单位涌水量0.01—0.18L/s.m, 渗透系数为0.017—0.26m/d, 水位标高1125.38—1147.08m, 富水性弱到中等。水质类型为HCO3—K+Na型和SO4·HCO3—Ca型, 矿化度0.32—0.59g/l, 总硬度为55.53—379.94mg/l(CaCO3计)。
为了进一步了解峰峰组含水层的水文地质特征, 本次补勘在LB5号孔对其进行了单独抽水试验, 以查明峰峰组含水层富水性。其情况为: 单位涌水量0.17L/s·m , 渗透系数0.16m/d, 影响半径34.92m, 水位标高1141.81m, 由此可见, 峰峰组含水层富水性中等。另外, 在本孔中还对上马家沟组进行了稳定水位观测, 其稳定水位深度26.10m, 标高1123.79m, 与峰峰组水位差18.02m。
( 二) 巷道预计涌水量
根据建设单位提供的地质、 水文地质资料以及主斜井井筒施工时实际揭露的地质、 水文地质资料显示, 我项目部承建的二期矿建工程的涌水量小于5m3/h。涌水主要为4号煤顶、 底板山西组及太原组砂岩裂隙含水层。各砂岩裂隙含水层在天然条件下水力联系较差, 且水量较小。根据三维地震勘探资料显示该施工范围内无小窑老空水。
三、 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:
1、 接近水淹或者可能积水的井巷、 老空或者相邻煤矿;
2、 接近含水层、 导水断层、 暗河、 溶洞和导水陷落柱;
3、 打开防隔水煤( 岩) 柱进行放水前;
4、 接近可能与河流、 湖泊、 水库、 蓄水池、 水井等相通的断层破碎带;
5、 接近水文地质条件复杂的区域;
6、 接近可能出水的钻孔;
7、 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;
8、 接近有积水的灌浆区;
9、 接近其它可能突水的地区。
四、 设计依据
根据《太原煤气化龙泉能源发展有限公司龙泉矿井井筒检查钻孔地质成果报告》显示, 4号煤底板与奥灰顶面隔水层厚度距离为135m, 4号煤奥灰水突水系数为0.015—0.101MPa/m, 小于正常块段的临界突水系数为0.15MPa/m。为消除水害对井筒施工的威胁, 决定该工作面掘进施工超前探放水。
2. 超前距越大, 安全系数愈大, 探水工作量也大, 影响掘进速度; 超前距过小, 则不安全。超前距a可由下式计算:

式中 a——超前距, m;
A——安全系数( 一般取2～5) ;
L——巷道的跨度( 宽或高取其大者) , m;
P——水头压力, MPa;
Kp——岩层抗压强度, MPa。
令A=5, L=5.24, P=2.0,
Kp=3.5( 取砂岩、 泥岩中抗压强度最小值) 计算a=17
五、 施工方案及施工方法
1、 超前探放水钻孔设计
超前探放水使用TXU—200型钻机, 一个掘进工作面设计5个钻孔。
钻机主要参数如下:
型号
TXU—200
电机额定输出功率(kW)
10
电机额定电压(V)
1140、 660
电机转速(r/min)
122—451
额定工作方式
连续
最大钻深(m)
200
钻孔开孔直径(mm)
108
钻孔终孔直径(mm)
76
钻孔角度范围( °)
0—360
钻机可适用岩石硬度范围(普氏硬度系数)
f<10
钻机重量( 不包括跑道、 钻杆、 钻架等) (kg)
700
采用电缆型号规格(用户自备)(GB1170-74《矿用橡胶软电缆》)
U型3x4+1x4
2、 布孔
钻孔位置: 共布置五个钻孔, 1#孔位置: 沿巷道中心线在巷道拱基线位置, 钻孔倾角同巷道倾角, 钻孔方位角同巷道方位角; 2#孔位置: 巷道中心线偏左1m拱基线处, 钻孔倾角为同巷道倾角, 钻孔方位角偏巷道方位角; 3#孔位置: 巷道中心线偏右1m拱基线处, 钻孔倾角为同巷道倾角, 钻孔方位角偏巷道方位角+2°,4#孔位置: 巷道拱基线向下0.5m巷道中心线位置, 钻孔方位角同巷道方位角, 钻孔倾角偏巷道倾角-2°。5#孔位置: 巷道拱基线向上1.0m巷道中心线位置, 钻孔方位角同巷道方位角, 钻孔倾角偏巷道倾角+2°。探水距离可根据施工需要进行调整, 可是最大探水孔深不得超过150m。
附: 附图一 钻孔布置图
附图二 钻孔布置剖面示意图
3、 孔口管的埋设
为防止钻进过程中发生突水淹井事故, 设计埋设φ108的孔口管( 孔口管上用φ6mm钢筋盘圆焊接螺旋状, 埋设时外缠麻丝) , 安装4寸高压闸阀防止突水, 孔口管设计长度5.0m,埋深4.8m。预埋孔口短钻孔采用φ130钻头钻进, 钻进深度5.0m, 钻进结束后, 扫清孔内岩渣, 下入孔口管( 先不装闸阀) 然后孔口管上端安上闷板, 采用气动注浆泵, 经过注浆管向孔口管内压注水泥、 水玻璃双液浆进行固管。当浆液从钻孔和管壁间间隙中溢出孔口, 并淤塞孔口后, 停止压注, 等待凝固。待双液浆凝固8小时后, 即可正式钻进。
4、 钻眼
利用TXU—200型钻机配φ130、 φ90两种钻头钻眼。首先利用TXU—200型钻机配φ130钻头钻眼, 钻眼深度5.0m。待预埋好的孔口管凝固后, 改用φ90钻头钻进探水孔。钻进过程中如遇较大涌水, 有顶钻、 影响钻速不能继续钻进时, 要停止钻进, 提钻、 关阀做注浆准备, 若无水或涌水量较小, 则一次钻进至终孔深度, 然后实测钻孔涌水量, 如果单孔涌水量≥1m3/h,进行工作面注浆封水, 注浆方法另行编制施工组织设计指导施工。
5、 封孔
如果单孔涌水量≤1m3/h, 应采用水泥、 水玻璃双液浆进行封孔。封孔方法采用高压软管伸入孔底, 使用气动注浆泵经过软管向空内压浆, 边压浆边提管, 直到浆液封到孔口。
注浆机具: 根据现有设备和现场实际情况, 在工作面设工作平台, 采用QB-60型风动注浆泵1台, Y型混合器, 注浆站、 搅拌站。
注浆参数: 按下列公式确定注浆压力
Pa=P0+( 0.3～0.5)
Pb=P0+( 0.5～0.8)
Pc=P0+( 0.8～1.3)
式中: Pa------初始注浆压力 MPa Pb------正常注浆压力 MPa
Pc------注浆终压 MPa P0------注浆点静水压力
注浆时应根据注浆孔的吸水量确定浆液的起始浓度及单双液的使用界限, 使用浆液时, 一般是先稀后再逐级调节。在注浆初期采用单液水泥浆, 在接近或达到注浆终压后采用水泥—水玻璃浆液进行封孔。
使用水泥-水玻璃浆液时, 水泥浆的浓度一般为1:1—2:1
水玻璃与水泥浆液的体积比一般为1:1
单液水泥浆的配制见下表。
水泥浆现场配制表
水灰比
水泥( 公斤)
水( 升)
制成浆量(m3)
1:1
750
750
1.000
1.25:1
650
812
1.029
1.5:1
550
825
1.008
2:1
450
900
1.050
( 5) 注浆材料
水泥: 采用新鲜的PO.42.5普通硅酸盐水泥
水玻璃: 采用波美度为35Be′的水玻璃。
2、 注浆施工工艺
工艺流程见下图注浆工艺流程图。

四、 施工流程
用软岩钻头一次性钻进, 若无水流出, 向前掘进至超前距离( 钻孔终孔里程减17m) 位置后, 停止掘进, 再进行下次探放水,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, 立即向矿调度汇报, 派人监测水情。发现情况危急, 应当立即撤出所有受水威胁地区域的人员到安全地点, 然后采取安全措施, 进行处理。
五、 水泵选型
根据矿地质说明书提供资料, 主斜井井筒最大涌水量为224.03m3/d, 当前已在井筒里程345m处施工一个临时水仓( 临时水仓规格长4 m×宽4 m×高2.5m) , 并根据施工需要施工若干个截水槽, 并在临时水仓以及截水槽设置排水设备。
工作面探放水采用1台QBF-50/25风动泵将水利用2吋胶管排至耙矸机后的截水槽( 截水槽规格长5m×宽0.6m×深1m) 内, 再用放置在截水槽内的1台WQ2U型污水泵利用Ø108mm钢管排至井筒临时水仓, 临时水仓安装两台80D—30×9型卧泵, 一台使用, 一台备用, 利用Ø108mm钢管排至地面。
六、 钻机( 注浆泵) 下放工作
将钻机( 注浆泵) 采用φ18.5mm钢丝绳套捆绑好后, 再由ZL50铲车提升到箕斗内, 然后采用8#铁丝与箕斗绑扎两道, 而且保证牢固可靠后。由信号工向绞车房发出信号进行下放。当下放至井底确认的位置时, 采用三角架挂10t的吊葫芦将钻机( 注浆泵) 从箕斗内吊出。在起吊过程中由专职安监人员指挥和下放, 严禁在起吊和下放时下面站人。
七、 超前探放水准备工作
1. 由111队队长组织, 技术员负责向全队人员贯彻本措施, 并要求严格按本措施执行。
2.超前探放水工具: 钻机1台、 钻杆60根、 钻杆连接器60个、 钻头4个、 风管1根。
3．入井前打钻人员必须带足易损件( 钻头、 钻杆连接器等) 。
4. 在打钻前, 跟班队长认真检查施工地点的支护状况, 严禁空顶作业。
5. 清理巷道, 并将风筒、 风管、 排水管接至工作面。
6. 电话必须及时延接至工作面附近。
7. 开钻前, 将掘进用施工工器具撤至耙矸机后安全地点。
8. 掘进工作面排水系统必须紧随工作面, 排水系统完善可靠, 排水能力充分。
9. 排水线路: 主斜井井筒工作面→截水槽→临时水仓→地面
七、 探放水施工
1．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。
2. 在打钻前, 严格执行敲帮问顶制度, 由跟班队长检查工作地点顶板是否有浮岩、 浮煤, 煤帮是否有裂隙、 片帮, 在确认钻场无安全隐患以后, 方可打钻。
3. 打钻过程中, 打钻人员应相互配合好, 避免意外伤害。
4. 在钻进过程中若遇到岩石, 在无水流出的情况下, 拔出钻杆换个位置、 角度重新打钻。
5. 每次打钻完, 必须用红漆在两帮准确标出开钻位置和本次钻孔准确深度。
6. 验收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做出是否向前推进及向前推进长度等具体工作。
7. 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。
八、 探放水施工安全技术措施
1. 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。
2. 探放水负责人不在场, 严禁打钻人员擅自组织施工。
3. 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。
4. 钻探施工时, 有人操作, 有人监护。
5． 接、 卸钻杆时, 人员要相互配合好, 防止伤人。
6． 钻进过程中发现异常情况, 应停止钻进, 查明原因, 及时处理。
7. 打钻人员在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。
8. 通风人员必须在工作面监测是否有有害气体增加。
9.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。并立即报告调度室。
10.每班必须有技术人员跟班, 记录探水过程中的出水点、 测量出水量、 水压并进行校正钻孔角度等。
11.钻进中若发现有水流出或钻孔中的水压、 水量突然增大, 以及有顶钻等异状时, 应立即停止钻进, 但不得将钻杆拔出, 并将钻机固定住, 跟班队长立即向矿调度汇报, 派人监测水情, 现场人员严禁站在钻孔直冲方向。发现情况危急, 应当立即撤出所有受水威胁地区域的人员到安全地点, 然后采取安全措施, 进行处理。
12.注浆前首先压水冲孔3~5分钟再进行注浆。
13．浆液要充分搅拌, 水注浆泵司机和混合器放浆人员要时刻观察注浆压力表和注浆孔周围井壁当压力达到规定注浆终压后或井壁出现异常要及时停泵关阀, 并及时打开泄浆阀放浆, 以防损坏井壁。
14.如发现有漏浆时, 能堵塞的要及时用棉纱道钉堵塞, 或者间歇注浆, 必要时可改用双液浆封堵。
15.因故障及其它原因不能连续作业时, 对注浆泵及有关管路要用清水重复清洗, 以免灰浆凝固堵塞注浆管路, 如停泵时间过长, 要对注浆泵进行必要的维护和保养。
16.注浆人员要安排专人随时注意观察井壁情况, 以防破裂及冒落和防注浆压力大挤坏井壁。。
17.注浆开启高压球阀、 卸压阀人员看吸浆笼头人员与注浆泵司机必须配合好, 以免出现高压伤人事故。
18.压力表必须安装在水玻璃管路上, 发现压力表失灵要立即更换。
19.注浆人员要远离注浆管, 不得正对注浆管, 开阀门人员要站在混合器两侧。
20.所有施工人员必须佩带合格的劳动保护用品。
21.设备和材料向井下运输时, 必须经安全检查捆绑牢靠, 能正常运转和使用后方可进行运输。
22.钻机搭设工作平台时, 必须搭设牢固, 钻机四角采用8根Ø20× mm锚杆固定, 并在钻机前、 后、 左、 右同等锚杆作为地锚并拉设钢丝绳进行固定。
九、 其它注意事项
1. 采、 掘工作面或其它地点发现有挂红、 挂汗、 空气变冷、 出现雾气、 水叫、 顶板淋水加大、 顶板来压、 底板鼓起或产生裂隙出现渗水、 水色发浑、 有臭味等突水预兆时, 必须停止作业, 采取措施, 立即报告矿调度室, 发出警报, 撤出所有受水威胁地点的人员。
2. 对于已查明的断层、 陷落柱及其它导水构造, 由项目部要进行详细调查、 分析, 制定专项整治措施。
十、 避水灾路线
主斜井井筒工作面→主斜井井筒→地面
附: 附图三 避水灾路线图
十一、 劳动力组织
劳动组织表
作业方式
工种
早班
中班
夜班
合计

三

八

制
钻工
1
1
1
3
跟班干部
1
1
1
3
班长
1
1
1
3
技术员
1
1
1
3
司泵工
1
1
1
3
泄压工
1
1
1
3
井下信号工
1
1
1
3
井下维护工
1
1
1
3
井口信号工
1
1
1
3
把钩工
2
2
2
6
排水工
1
1
1
3
拌浆工
2
2
2
6
地面搬运工
2
2
2
6
合 计
16
16
16
48