胶带大巷探水设计(初稿)

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1、山西朔州平鲁区国强煤业有限公司4煤胶带大巷掘进探水设计2012年6月会审意见：总工程师：生产技术科：安全科：机电科：通风科：目 录1 探水目的12 探水区域的水文地质条件13 探放水巷道位置及支护方式23.1 探放水巷道位置23.2 探放水巷道支护方式34 探放水前的准备工作35 探放水钻孔布置45.1 探放水参数的确定55.2 止水套管及孔口装置安装76 探放水施工中的技术要求与安全措施86.1 安装探水钻前的技术要求86.2 探放水施工中的技术要求86.3 放水的技术要求106.4 探放水的安全措施107 矿井防排水设施117.1 煤矿防治水排水系统规定117.2 4煤大巷掘进巷道排水系统

2、117.3 4煤胶带大巷掘进迎头出水量预计127.4 4煤大巷排水系统评价128 通风及瓦斯检测138.1 通风系统138.2 瓦斯检测制度139 避灾路线及灾害处理措施149.1 避灾路线149.2 灾害处理措施11 探水目的由于4煤轨道大巷北部发现导水型陷落柱，经过物探及钻探测量已经确定陷落柱边界范围。但由于4煤轨道大巷是沿陷落柱保护煤柱边界施工，并且4煤胶带大巷，距离陷落柱保护煤柱边界也较为接近。4煤轨道、胶带大巷掘进迎头前方可能有导水断层及富水异常区域分布，为防止断层与陷落柱相连通，发生矿井突水事故，应当按照煤矿防治水规定和山西省有关规定中“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原

3、则，对4煤胶带大巷进行探水，保证矿井的安全生产。2 探水区域的水文地质条件4煤胶带大巷位于4-1号煤层当中，4-1号煤层赋存于太原组顶部，4-1号煤层厚度4.2310.95m，平均7.64m，属全区稳定可采煤层。该煤层结构较为简单，含夹矸05层，夹矸厚度0.070.60m，岩性多为高岭岩、炭质泥岩和砂质泥岩。本煤层直接顶为K3砂岩，局部为泥岩、砂质泥岩，有时有炭质泥岩伪顶。底板为泥岩或中细砂岩。4-1煤层顶部直接充水含水层为二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层，底部充水含水层为石炭系上统太原组层间砂岩裂隙含水层。二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层包括稳定砂岩23层，厚度变化较大，其中以K3砂岩厚度较为稳

4、定，K3砂岩为灰色厚层状中、粗砂岩，底部常夹有砂砾岩，砂岩裂隙发育，经抽水试验测得单位涌水量为0.000410.0084L/s.m，水位标高1311.61m。石炭系上统太原组层间砂岩裂隙含水层一般为极弱富水程度的砂岩带，是太原组下段9号和11号煤层开采的主要顶板充水含水层。本组含水层埋藏较深，又因其间有泥岩作为相对隔水层，不易接受上覆含水层越流和大气降水渗入，补给条件差。含水层一般为极弱富水程度，只在靠近补给区的局部达到中等程度，单位涌水量q=0.010.056L/s.m。渗透系数为k=0.1760.209m/d。本组含水层对矿床充水甚微。该含水层水化学特征明显不同于其上覆含水层组，为弱碱性，

5、富含钙镁离子的重碳酸型或重碳酸硫酸型的微硬低矿化水，其水温1015，高于上覆含水层组水温，表明其循环深度较大，循环条件较差。国强煤矿井田为单斜构造，局部发育有宽缓的向背斜构造，地层总体走向为NE，倾向SE，地层倾角多在210之间变化。井田内通过三维地震探测解释断层29条、401采区疑似陷落柱1个，通过三维地震及钻探验证陷落柱1个。构造具体位置见图2-1。图2-1 井田构造图3 探放水巷道位置及支护方式3.1 探放水巷道位置本次探放水施工地点为4煤胶带大巷延伸掘进迎头，该巷道位于40101运输顺槽与胶带大巷接头西侧。井田地层大致为走向北东，倾向南东，是一缓倾斜的单斜构造。需进行探放水的4煤胶带大

6、巷位于4-1号煤层当中，沿煤层底板布置，掘进迎头位置标高在+960m-+970m之间，在施工位置地层倾角大约为23左右。具体位置如图3-1所示。图3-1 4煤胶带大巷掘进迎头位置示意图3.2 探放水巷道支护方式4煤胶带大巷断面形状为矩形，高3.1m，宽3.7m，断面积11.47m2。支护型式为锚网（索）支护，锚杆型式为18mm，长2m的左旋螺纹钢，矩形排列，间排距均为0.8m。锚索的布置方式为“一二一”三花眼布置，锚索为15.24mm七股低松弛钢绞线制作，长6.3 m。锚杆（索）的布置方式详见巷道支护断面图。图3-3 4煤胶带大巷断面特征示意图4 探放水前的准备工作（1）在组织施工前，要求施工

7、单位将打钻所需的材料及工具，设备准备到位，不能因为准备工作的原因而影响施工。（2）在运输煤矿用坑道钻机、钻杆等大件设备的过程中，运输人员应做好设备的保护，避免设备因受力碰撞而受损。（3）钻机及其附属设施及各部件间安装、连接要牢固可靠，并在每次使用前检查，确保施工的安全。（4）每次开钻前，检查钻杆接头的牢固情况，严防脱钻事故的发生；钻杆要达到不堵塞、不弯曲、丝口不磨损。（5）在组织施工前，要求施工人员对钻机附近10m范围内的巷道支护进行检查，发现巷道支护受损的及时处理并加强支护，并打好立柱和挡板。（6）及时清除钻场范围内的杂物，确足够的作业安全空间。（7）为保证安全施工和作业方便，应在钻探地点附

8、近布置排水沟，使掘进头涌水沿水沟流入新副斜井井底水仓。（8） 在打钻地点附近安设专用电话及报警装置，并保证随时与调度室联系。（9） 探放钻孔施工及排水期间，技术人员必须盯在现场，依据设计确定钻孔位置、方位，深度，观察记录施工、排水情况。（10） 施工期间应配备随班瓦检员，随时检测环境中氧气浓度和有毒有害气体浓度（主要包括瓦斯、一氧化碳、二氧化碳浓度）。5 探放水钻孔布置根据煤矿防治水规定中九十四条规定：探放老空水、陷落柱水和钻孔水时，探水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形，依照此规定，并结合煤矿防治水规定中的其他要求与矿方实际情况，设计探放水钻孔布置方案。在探放断裂构造水和岩溶

9、水等时，探水钻孔沿掘进方向及下方布置，底板方向的钻孔不得少于2个。因胶带巷北部为本矿井田，未有采空区；胶带巷南部为公共井田边界。在此区域内均为进行采掘活动，本次探放水主要针对断层设计。5.1 探放水参数的确定由于胶带大巷所在区域做过三维地震勘探，地质资料较为详细，已经查清了该区域没有采空区和构造体。经过井下掘进和打钻验证，三维地震提供的地质资料是真实可靠的，因此经我矿工程技术人员研究分析，最终确定将原设计的探放水距离80m，掘进距离50m，超前距离30m。（1）帮距的确定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，因此布置在最外侧探水钻孔所控制的范围与巷道帮的距离取20m。（2）探测深

10、度的确定依据煤矿防治水规定，本次探水设计确定各钻孔探测深度满足平距80m，超前距离30m。（3）探放水钻孔布置根据煤矿防治水规定，设计探水钻孔沿煤层及巷道掘进正中方向(正前方、左前方、右前方)平面上成扇形布置3组探水钻孔，1#组孔沿掘进方向左前方扇形布置， 2#组孔在施工巷道中心沿掘进方向布置，3#组孔沿掘进方向右前方扇形布置。各相邻组钻孔之间水平夹角范围在5-10度之间。每组2个钻孔，在剖面上成扇形分布。具体钻孔布置详见图5-2至5-4：图5-2 钻孔位置平面图图5-3 钻孔位置剖面图图5-4 钻孔掘进迎头断面施工图根据煤矿防治水规定，4煤胶带大巷探水设计共布置钻孔6个。在施工探放水钻孔时，

11、严禁多个钻孔同时施工，避免因钻孔涌水大量增加，超过排水能力。可按照先2#21#13#12#11#23#2的顺序进行施工。在施工探放水钻孔时，应当按照次序逐个施工。6个钻孔的技术参数见表5.1。表5-1 探水孔技术参数孔号方位倾角孔深1#125523329082.671#22657605782.762#1270104362882.672#227090803#128436289082.673#22757605782.765.2 止水套管及孔口装置安装由于陷落柱水压稳定在1.23MPa，因此煤矿防治水规定，需要安装止水套管。 （1）止水套管长度的确定根据煤矿防治水规定第九十八条规定，探水钻孔超前距离

12、和止水套管长度如表5-3所示：表5-3 探水钻孔超前钻距与止水套管长度水压/MPa钻孔超前钻距/m止水套管长度/m10512151023201532520因此，根据选取止水套管长度为12m。（2）止水承压套管的安装确定止水套管的长度后，选择内径146mm，外径168mm的无缝钢制管材作为止水承压套管材料，用水泥浆进行固结。孔口安装控水阀门和测压装置。止水承压套管如图5-7所示。图5-7 井下探放水钻孔止水承压套管剖面示意图（3）封孔质量检查经过封孔，待水泥浆凝固34天后方可进行扫孔。扫孔深度超过止水套管长度1.0m即13m，退出钻具，安装孔口闸阀，通过压力泵向孔内做压水试验。预计孔口静水压力为

13、1.37MPa，要求耐压试验不少于30min，其压力不低于1.7MPa，试压过程中保证孔口及周围不漏水，否则必须重筑孔口管。孔口闸阀安装如图5-8所示：图5-8 孔口闸阀安装示意图6 探放水施工中的技术要求与安全措施6.1 安装探水钻前的技术要求（1）由于探放水工作存在高承压水突出的危险，本次探放水是在煤层巷道内进行，必须使用专用的探放水钻机。（2）钻窝应避免做在断层带或松软岩层内，钻机安装必须平稳牢固。（3）钻机接电及维修过程中，要严格执行停送电制度。6.2 探放水施工中的技术要求（1）钻进中应做好钻孔岩性及涌水的变化情况的观测与记录。（2）钻进时应准确判别煤、岩层厚度并记录换层深度。每钻进

14、10m或更换钻具时，测量一次钻杆并核实孔深。终孔前再复核一次。（3）随班瓦检员应动态检测环境气体浓度，重点是氧气、瓦斯、一氧化碳、二氧化碳的浓度。根据煤矿安全规程，只有在回风流中瓦斯浓度不高于1.0%，二氧化碳浓度不超过1.5%，采掘工作面进风流中，氧气浓度不低于20%，二氧化碳浓度不超过0.5%，其他有害气体如一氧化碳浓度不超过0.0024%，氧化氮浓度不超过0.00025%，二氧化硫浓度不超过0.0005%，硫化氢浓度不超过0.00066%以及氨浓度不超过0.004%时，才能作业。当有害气体浓度超过上述煤矿安全规程第一百条规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告矿调度室，及时处

15、理。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。立即报告矿调度室。（4）在探放水钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或者钻眼中水压、水量突然增大和顶钻等透水征兆时，应当立即停止钻进，但不得拔出钻杆；应当立即向矿井调度室汇报，做好监测水情。发现情况危急，应当立即撤出所有受水威胁区域的人员到安全地点，然后采取安全措施，进行处理。（5）施工过程中，如发现水压超过1Mpa，应立即停止施工，重新编制探放水方案，制定安全技术措施。（6）钻孔内水压过大或喷高压水时，应采用反压和防喷装置的方法钻进，本次探放水采用的是防喷盘，矿方应当严格按照设计要求进行安装，并别制定应对孔口管和

16、煤（岩）壁突然鼓出的措施： 背紧工作面，应在顶、底板坚固地点砌筑防水墙，之后方可放水。 对于水压大于2MPa，中间要穿过煤层的探断层水钻孔，在打穿断层或含水层前，还应下第二层孔口管并超过煤层1m以上。（7）遇高压水顶钻杆时，可用控水阀门控制钻杆，使其慢慢地顶出孔口，操作时禁止人员直对钻杆站立。（8）必须做到交接班时不停钻。（9）探放断层水的探水孔终孔后，孔内有水应进行放水试验。孔内无水时应选择一个孔进行压水试验，检验断层隔水性能；压力一般应略大干断层所承受的静水压力。（10）探放水钻孔，完成探测任务后必须全孔注浆封闭，并做好封孔记录。注浆结束压力应大于区域静水压力的1.5 倍，即1.8Mpa。

17、6.3 放水的技术要求（1）钻孔放水前，应当估计积水量，并根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水流量，防止淹井；放水时，应当设有专人监测钻孔出水情况，测定水量和水压，做好记录。如果水量突然变化，应当及时处理，并立即报告矿调度室。如果在水压观测中发现压力值大于1MPa，矿方应立即停止探放钻孔的施工，重新设计探放水方案。（2） 加强放水地点的通风，动态监测环境气体中氧气及有毒有害气体浓度的变化。（3） 必须全程监测、记录放水过程，放水结束后，立即核算放水量与预计积水量的误差，查明原因。6.4 探放水的安全措施（1）本次探放水的4煤胶带大巷中不得有低洼积水段。（2）探放水孔的各项参数应符合设计要求。每

18、次探放水后、掘进前，应在起点处设置标志，并建立挂牌制度。（3）巷道支护应牢固，使巷道有较强的抗水流冲击能力。（4）探放水地点必须安设电话和报警装置。（5）受水威胁地区的施工人员必须学习掌握报警信号及避灾路线。（6）探水巷道应加强出水征兆的观察，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掺水、水色发浑、有臭味等突水预兆时，立即停止施工，采取措施，立即报告调度室，情况紧急时必须立即发出警报，撤出所有受水威胁地区的人员。（7）钻孔接近可疑水体时，预计可能有瓦斯或其他有害气体涌出时，必须有瓦斯检查员或矿山救护队员在现场值班，检查空气成分。如果瓦斯或其他有

19、害气体超过本规程有关条文规定时，必须立即停止打钻，切断电源，撤出人员，并报告矿调度室，采取措施，进行处理。（8）放水工作应尽量避免在雨季进行。（9）探放水人员必须按照批准的设计施工，未经审批单位允许，不得擅自改变设计。（10）其他未尽事宜的按煤矿安全规程以及煤矿防治水规定执行。7 矿井防排水设施7.1 煤矿防治水排水系统规定依据煤矿防治水规定，矿井防排水设施核定依据如下所示：（1）水泵：必须有工作、备用、检修三套水泵。其中：工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其它用水）；备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%；工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井

20、24h的最大涌水量；检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。水文地质条件复杂或者极复杂的矿井，除符合上述规定外，可以在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或者增加相应的排水能力。（2）水管：应当有一定的备用量。工作水管的能力，应当能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量；工作和备用水管的总能力，应当能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。（3）配电设备：能力应同与工作、备用和检修水泵的能力相匹配，并能够保证全部水泵同时运转。（4）水仓：矿井主要水仓应当有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。新建、改扩建矿井或者生产矿井的新水平，正常涌水量在1000

21、m3/h以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量。正常涌水量大于1000m3/h的矿井，主要水仓有效容量可以按照下式计算：V=2（Q+3000）式中：V主要水仓的有效容量，m3；Q矿井每小时的正常涌水量，m3。采区水仓的有效容量应当能容纳4h的采区正常涌水量。7.2 4煤大巷掘进巷道排水系统4煤大巷掘进巷道排水系统为新副斜井井底中央泵房排水系统：4煤轨道、胶带大巷掘进迎头涌水通过轨道石门巷自流到新副斜井井底中央水仓，通过中央泵房排水管路由副斜井排出地面。新副斜井井底中央泵房配置3台MD85-676型水泵，1台工作，1台备用，1台检修。水泵设计排水能力85m3/h，扬程402m，通过2

22、趟133mm管路，由副斜井排出地面。此外，井底中央泵房还配备一套抢险排水系统，安置ZG275-344/9-400/W-3潜水泵1台，水泵排水能力275 m3/h，配备219mm管路一趟，由新副斜井排出地面。新副斜井井底中央水仓容量2634 m3。7.3 4煤胶带大巷掘进迎头出水量预计4煤胶带大巷掘进迎头探水钻孔单孔涌水量可以采用下式进行估算：式中：单孔出水量，m3/h；流量系数，采用0.6；钻孔的断面积，m2。此次探水钻孔设置采用65mm的探水孔孔径，其断面面积为0.002，m2；重力加速度，9.81m/s2；钻孔出口处水头高度，m。此次探水钻孔主要是为了防止X1陷落柱水突出，因此采用陷落柱水

23、位标高1059m与掘进迎头孔口标高900m之间的水头高程159m作为钻孔出口处水头高度。因此，综合上述条件，得出预计探水钻孔单孔涌水量241m3/h。7.4 4煤大巷排水系统评价表7-1 矿井水泵能力核查情况表核查项目矿井实际情况24小时正常涌水量（m3）578420小时工作泵排出水量开泵台数（台）1排水量（m3）1190（按70%的工作效率计算）20小时工作泵加备用泵、抢险泵排出水量开泵台数（台）3排水量（m3）6230（按70%的工作效率计算）是否符合20小时内能排出24小时注入水泵房水仓的水量符合表7-2 矿井水仓能力核查情况表核查项目矿井实际情况主要水仓容积（m3）2634每小时涌水量

24、（m3）2418小时涌水量（m3）1928是否符合要求符合根据探水钻孔单孔涌水量计算，矿井现有水泵和抢险排水泵的排水系统能力可以应对4煤胶带大巷掘进迎头预计涌水量，但矿井水仓容量稍显不足。因此，严禁同时施工多个探水钻孔，以免照成事故；此外，矿方可以通过控制孔口管上的控水阀门，调节探水钻孔涌水量，使4煤大巷排水系统能力能够满足掘进迎头涌水量。8 通风及瓦斯检测8.1 通风系统4煤大巷的通风系统为：新副斜井井底车场轨道石门掘进迎头回风上山回风大巷回风井。8.2 瓦斯检测制度（1）瓦斯检查员必须具有一定的煤矿实践经验，掌握一定的通风、瓦斯知识和技能，经专门培训、考核合格、持证上岗。（2）瓦斯检查员下

25、井时必须携带便携式光学甲烷检测仪及CO、CO2、O2浓度的检测仪器，仪器必须完好，精度符合要求，同时备有长度大于1.5m的胶管（或瓦斯检查棍）、温度计等。（3）瓦斯检查员必须随时对掘进工作面氧气、瓦斯及其它有毒有害气体浓度进行检测。每次检查的结果必须认真准确地记入瓦斯检查手册和记录牌上，并通知现场作业人员。氧气浓度低于规定或有毒有害气体超标时，瓦斯检查员应责令现场人员停止作业，将人员撤到安全地点，采取措施进行处理。（4）瓦斯检查员必须严格执行井下交接班制度。（5）瓦斯检查员每班必须向通风值班室汇报检查的情况。（8）通风部门的值班人员，必须审阅瓦斯班报、掌握施工地点氧气、瓦斯及其它有毒有害气体变

26、化情况，发现问题，及时处理。对掘进迎头可能出现的重大通风、瓦斯问题，通风部门应制订措施，报矿总工程师批准，进行处理。（11）掘进工作面做到“风电、瓦斯电闭锁”，同时要加强对局部通风的管理，严禁无计划停风，做好风筒维护工作防止漏风。由于特殊原因停风，恢复通风时，必须制定排除瓦斯和送电的安全措施。（12）井下所有采掘电气设备及在回风道的设备，均按安全规程要求，一律采用矿用防爆型。9 避灾路线及灾害处理措施9.1 避灾路线4煤胶带大巷探放水最佳避灾路线为：4煤胶带大巷探放水工作面胶带石门巷新主斜井地面。避灾路线如图9-1所示。图9-1 避灾路线示意图在撤离时，应按照避灾路线撤退，尽快撤往突水地点以上

27、的水平。行进中，应靠近巷道一侧，抓牢支架或其它固定物，尽量避开压力水头和泄水主流，并注意防止被水中流动的砖石和木料撞伤。如因突水后破坏了巷道中的照明和指路牌，迷失了行进的方向时，遇难人员应朝着有风流通过的上山巷方向撤退，严禁盲目潜水等冒险行为。9.2 灾害处理措施（1）水灾事故发生时，在现场及附近地点的工作人员，应首先做好自身安全防护，立即避开出水口泄水流，躲避到拐弯道或其它安全地点，如情况紧急来不及转移躲避时，可抓牢旁边固定物，防止被涌水冲倒。（2）水害事故发生，现场及附近地点工作人员应立即停止作业，按避灾路线撤出，在脱离危险后，应在可能的情况下迅速观察和判断突水的地点、涌水的程度、现场被困人员的情况等，并立即报告矿调度室。（3）按避灾路线撤至地面，勿入下山独头巷。（4）矿调度室接到透水报告后，应立即通知有关部门和矿山救护队，同时通知事故地点及所能波及的区域。（5）开动全部排水设备排水，维护排水设施和输电线路。（6）组织力量抢险救灾，营救遇难人员。