三采区二层探放水设计

三采区二层探放水设计

技术科 2014-6-16

三采区二层探放水设计

一、采区内水文地质情况分析

二煤层开采的充水含水层为第四系含水砂砾层、第三系官庄组砾岩、煤层顶底板砂岩及奥陶系石灰岩含水层。其中，煤层顶底板砂岩为2煤层开采的直接充水含水层，其它均为间接充水含水层。

依据现有资料及开采实践，复采区2煤层开采的主要充水含水层为第三系官庄组砾岩及奥陶系石灰岩含水层。

1、1）第三系砂砾岩水文地质特征

砾石直径0.01～1.0m，呈次棱角状，钙质和红色泥质胶结，井田内广泛分布（仅局部地段不连续），局部山西组中厚煤层（2煤层、3煤层）被侵蚀。原禹村煤矿在1975年对砾岩下压煤量进行回收时，曾发生砾岩漏水（突水），最大突水量126m3/h，三个月后降至24m3/h，半年后降至6～12m3/h。原禹村煤矿闭坑前，砾岩涌水量在66m3/h左右。九龙山煤矿自1993年建成投产以来，未曾发生过突水。

原禹村2号井在开采2煤层时，曾经在-200东翼运输巷打钻探砂砾岩，结果显示无水，说明局砂砾岩赋水性不均一，以静储量为主。

2)奥灰水文地质特征

厚度800m左右，构成煤系之基底，与上覆煤系地层呈假整合接触。井田的东南西三面均有分布。该含水层岩溶发育，大量接受大气降水补给，含水极其丰富。奥灰为承压含水层，静储量大，在边界留设足够的防水煤柱的情况下，奥灰的补给较差，但其静储量大，水头高，且上距草灰较近，略有断层错动，易与徐、草灰发生水力联系。

根据原禹村矿五十年代地质报告，奥灰含水层水文1号孔和2号孔单位涌水量为1.805～2.455L/s.m，为强富水含水层。

原禹村2号井在开采2煤层时，曾经打钻揭露奥灰，水压约2.4Mpa，另矿井在井田南部曾经两次揭露奥灰，其中一水井奥灰水压约2Mpa，水量约200m3/h。也说明在复采区范围内奥灰富水性较好。

2、充水通道

矿井充水通道是连接充水水源与矿井之间的通道，它是矿井充水因素中最关键，也是最难以准确认识的因素。据统计，超过70%的突水是因为对充水通道的认识不清，因此，在突水预测预报中，对于充水通道的分析和研究具有非常重要的作用。

根据分析，2煤层复采过程中可能的充水通道为顶板导水裂隙带、底板采动破坏带、导水断层和基岩风化带裂隙（第三系砂砾岩富水性及侵蚀接触带）。

（1）煤层顶、底板采动导水裂隙带

煤层在天然状态下与周围岩层相接触，并保持其应力平衡状态。当煤层在采掘活动的作用下，周围的岩层失去支承而逐渐移动、弯曲和破坏，原始应力状态亦随之发生变化。随着采掘活动的不断进行、围岩的移动，变形和破坏不断由采场向外、向上和向下扩展，导致顶板、底板和煤壁的破坏，在采场周围形成破坏带或人工充水通道。当其波及充水水源时，就会发生顶板突水、底板突水。破坏带的形成和规模大小及其对矿井充水的影响，决定于采场及周围的地质、水文地质因素，如断裂构造的存在将增加顶底板采动裂隙的产生。

（2）导水断层 1）断层破碎带

由断裂构造形成的断层破碎带，往往具有良好的透水性，会形成矿井充水的良好通道。研究表明，断层及其构造带是矿井突水的主因及控制因素，断层及其构造带易于突水的主要原因有以下几点：

①断层带岩体的阻水强度一般比正常岩体小3～10倍。充填物越软，强度就越低。断层带附近地应力值也低，因此阻水能力也较低。

②断层的存在改变了地应力场的方向与大小，使得原岩应力值降低。正是由于断裂带中原岩应力值的降低，使得承压水的压力有可能大于最小主应力而使裂隙带的裂隙开裂，承压水沿其向上导升而突水。

③断层带的存在，提供了突水途径。断层带内裂隙比较发育，岩体破碎，给承压水的导升和断层构造带内的裂隙开裂制造了空间。此外，断层带中的充填物多为胶结不紧密的泥质、炭质胶结，在承压水的长期作用下被软化、掏空和溶蚀，降低了有效隔水层的厚度，给突水造成了有利条件。

④回采工作面底板岩体中存在断层时，底板的采动破坏深度增大。根据探测，断层破碎岩体的导水裂隙带深度是正常岩体的2倍左右，由此可见断层对底板的影响范围较大。

⑤断层受到矿山压力的作用，断层活化程度增大，断面延展性增大，断层两盘作剪切错动，断层带再扩展，破碎带的导水性增强，尤其是当断层倾角同最大膨胀线相吻合时，突水最容易发生。

2）复采区采动范围内断层含导水性

根据《山东高佐矿业集团公司九龙山煤矿矿井水文地质类型划分报告》，对区内断层含导水性评价如下：

①F24断层

落差500～800m，使井田内煤系地层与井田外奥灰直接接触。奥灰厚度800余米，含水十分丰富。原禹村煤矿井上、下钻探均证实F24断层是良好的导水断层。

②F31断层

位于井田北部，与F24平行，间距在50～100m左右，3煤层开拓巷道揭露其断层面，断层局部导水。2煤层开采时的含导水性需进一步查清。

（3）第三系砂砾岩侵蚀接触带

原禹村煤矿在1975年对砾岩下压煤量进行回收时，曾发生砾岩漏水（突水），最大突水量126m3/h，三个月后降至24m3/h，半年后降至6～12m3/h。九龙山煤矿自1993年建成投产以来，未曾发生过突水。

原禹村2号井在开采2煤层时，曾经在-200东翼运输巷打钻探砂砾岩，结果显示无水，现有资料显示砂砾岩侵蚀接触带的导水性不好。

（4）陷落柱及其导水性

九龙山煤矿的煤系基底是巨厚的奥陶系石灰岩，裂隙岩溶均较发育，具备形成岩溶陷落柱的地质条件，但目前尚未发现岩溶陷落柱。根据兄弟矿井开采实践证明，揭露岩溶陷落柱，往往会造成矿井出(突)

水，对矿井生产构成威胁。由于陷落柱内岩石破碎，具有相对较好的渗透性，是奥灰水向上运动的良好通道，它可沟通开采煤层与奥灰含水层的水力联系，当井巷揭露陷落柱时易引起奥灰水进入矿井，使矿井涌水量猛增，严重时可造成淹井事故。应当加强对岩溶陷落柱的探测工作，采取必要的防范措施，确保矿井生产安全。

3、对三采区施工造成威胁的主要为老空积水。

二、探放水设计

根据《煤矿防治水规定》“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的方针，三采区每个掘进工作面施工时必须进行探放水。

1、探水钻孔布臵及钻孔设计

每个工作面设计探水钻孔3个,呈扇形布臵，1#钻孔方位与巷道一致，2#钻孔方位向左偏15°，3#钻孔向右偏15°，倾角与巷道一致，钻孔设计深度60m，允许掘进30m。根据《煤矿防治水规定》进行超前钻探，以探测巷道前方是否存在老空积水。

2、钻探施工的技术要求

（1）开孔用直径ф108mm钻杆钻进10m后，将孔内冲洗干净，用注浆机注入水泥浆，将预先准备好的直径89mm套管（末端应塞一木塞，长度10m）

（2）水灰比，水：水泥＝0.6：1的水泥浆进行套管壁后注浆，待72小时水泥凝固后，开始扫孔至孔底进行耐压试验，孔口压力达2MPa，30分钟无泄压现象为合格，（钻孔标高为-186.24m，地面标高为+147.7m）。

（3）耐压试验经验收合格后安装好法兰盘，并准备好防水闸阀（抗耐压4MPa以上）做好防突水准备，并安装水压表，并在以后的钻进中，避免损坏孔口管和孔口闸阀。

（4）止水套管的接头必须用棉、严加密封，防止漏水。 （5）下套管遇阻时，禁止猛墩套管。

（6）耐压试验必须由钻探队，矿技术人员现场监督，符合标准，填写耐压试验验收表。

（7）改用直径75mm钻杆钻进直至终孔。 3、钻探前准备工作

钻机四角必须采用Φ18mm螺纹锚杆锚固牢固。施工探水钻孔前，必须将巷道水沟全部清挖一遍，保证水沟畅通。水泵接好电源，排水管路连接良好，以备砾岩水泄出及时外排。钻探前机电工区必须在迎头水窝处安设两台60m3/h水泵，管线长度不少于200m。

三、安全技术措施

1、施工前，必须将钻场周围的浮煤、浮矸清理干净，加固好钻场周围的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和栏板。

2、钻机安装要稳妥牢固，机台木要捆实打牢，并在打钻地点安设可直通调度室的专用防爆电话。

3、钻孔的孔位、方位由技术科和探水人员在施工前按本设计现场标定，不得擅自更改。

4、施工前有关单位和钻探人员进行现场验收（包括钻场顶板、两帮支护，钻具安装，钻具、水泵、材料准备，疏水通道的清挖），

验收合格后方可开钻。

5、工作人员每次到现场，首先要检查顶板及周围岩石情况，发现不安全隐患应及时排除，开钻前一定要注意观察现场钻机的加固情况，防止钻机振动过大造成机械事故。

6、启动开关时，要精力集中，做到手不离按钮，眼不离钻机，随时听从司机命令，准确及时启动、关闭开关，防止意外事故发生。

7、钻探人员要穿戴整齐、利落，衣襟、袖口、裤脚必须扎紧，安全帽、矿灯、瓦检仪、自救器配带齐全。

8、严禁私自拆卸电器设备，如有故障或有机件损坏，请机电维修人员处理，以免发生触电事故。

9、通风工区合理调节风量，确保探放水地点有足够的新鲜风量。专职瓦斯检查员现场盯班，监测瓦斯浓度，瓦斯浓度超限时，必须立即汇报，并采取积极措施进行处理，否则必须停电停机撤人。

10、钻孔竣工后，应在机长指挥下，做好各种善后处理工作。其中包括：钻机的撤除、搬迁、检修、存放；钻杆及接头的更换；钻孔质量验收和封孔；场地中脏杂物的清理及有关资料的移交等，为下次施工做好各种准备工作。

11、机电科各单位要做好供电排水服务工作，负责排水管路的安装，并检查管路的完好情况，确保设备正常运转，不得因排水不畅、管路漏水导致水淹现象的发生。

12、禁止用手、脚或其它工具直接制动机械运转部分。 13、钻机运转时，所有钻探人员不准在钻机后逗留，以免钻透老

空后钻杆冲出伤人。

14、在运送钻机途中（特别是在钻场附近），所有抬钻人员一定要配合好，抓牢站稳，以防发生意外事故。

15、钻进时采用注水钻进，必须保证足够水量。

16、钻进10m后安设阀门、压力表，以备出水时测定水压和控制水压、水量下套管时，应下在坚硬完整的岩层中，套管壁厚、下臵深度、固结方法及耐压试验，必须符合设计要求。所下套管孔口设铁卡，进行加固，孔口配有法兰盘。套管固结后，必须进行耐压试验。试验应保持设计压力30分钟以上，以套管不松动、不漏水为合格，然后安装止水闸阀（大于等于4.0 Mpa）。止水套管的接头必须用棉、麻或铅丝严加密封，防止漏水。下套管遇阻时，禁止猛墩套管。耐压试验必须由施工单位及技术人员现场监督，符合标准后，填写耐压试验验收表。

17、在钻进过程中要注意孔内情况，如发现来压、见水或顶钻、水压突然增大等情况时，及时停钻并汇报有关部门，不得擅自提钻。

18、提钻前丈量余尺、进尺，下钻前认真检查钻具设备，做到及时全面地记录各种资料。

19、在钻进过程中，操作要稳，不得猛刹、猛放，不得超负荷工作，同时注意控制闸阀是否松动，如有松动及时处理。

20、地质技术员、安监员要分三班现场盯班，进行有效的技术指导与监督，并收集相关资料，发现问题及时处理并报告调度室，以保证探放水工作的安全进行。

21、全体探放水人员必须熟悉探放水设计和措施及避水灾路线，并经学习考试合格后方可施工

22、一但发生突水或造成其它危害时，所有人员必须按避灾路线进行撤离，并通知受威胁区域人员安全撤离。

23、放水过程中，排水工要用便携式检仪随时检测瓦斯，调节控制阀门，减少有害气体逸出量，放空水后，水文地质技术人员及瓦检员要观测有害气体压力，确定无老空水逸出时，关闭阀门，不经总工批准，严禁任何人开启阀门，防止有害气体逸出。

24、机电工区在打钻前检查供电设施的完好情况，确保在打钻及放水期间正常供电，不经总工批准，严禁停止局部通风机运转，保证探放水地点足够新鲜风量。

25、施工探放孔地点悬挂便携式检仪，专职瓦斯检查员跟班，随时检测探放水钻孔管口和巷道内瓦斯浓度。发现瓦斯浓度达到1%时，必须立即停止作业，采取措施处理。

26、备足备齐黄油或炮泥、木塞等封孔材料。钻透积水区后，用控制阀门将老空水调节至适当的流量缓慢放出，放水期间由专职瓦斯检查员随时检测放水管口和巷道内的瓦斯浓度。

27、其它涉及事宜严格按照《煤矿安全规程》《煤矿安全技术操作规程》及《防治水规定》 中的有关规定执行。

四、附图

三采区钻孔设计图

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