采空区积水探放设计

山西吕梁离石永聚煤业探放4号煤采空区积水钻孔设计为探查我矿井田范围内4号煤采空区积水标高、积水范围、积水 量，并对其进行疏放，以解除其对6号及10号煤层开采时的威胁， 确保矿井安全生产。在综合分析相关资料的基础上，根据目前我矿实 际情况，特编制本设计。一、4号煤采空区积水情况永聚煤业井田范围内4号煤采空积水区由原山西恒安益煤业有 限公司、山西吕梁离石泰宁煤业有限公司及山西吕梁离石菁蒿焉煤业 有限公司4号煤采空区积水区组成，从目前掌握的水文地质资料分 析，井田内大致存在13个积水区，积水面积约217797 tf，积水量约 186415m3，补给水量约50m3 /h。主要的积水区位于井田中西部。4号煤主要积水区与6号煤顶板间距平均35.62m，永聚煤业三条 大巷、煤仓等主要巷道及硐室均布置在其下部。据现场实际揭露，在4号煤主要采空积水区下方，6号煤及10 号煤层位，发育有一向斜构造。同时，还发育有多条小型正断层及陷 落柱，均具有导水性，在我矿日后采掘过程中均有可能成为4号煤采 空区积水进入采掘工作面的导水通道。二、钻孔设计（一）钻场布置及要求1、施工地点选择根据我矿井下生产实际情况及4#煤采空区积水赋存情况，先期 施工地点选择在6号煤轨道大巷G11点往南约45m处。2、钻场布置探水钻场布置在6号煤轨道大巷G11点南约45m处巷道东帮，规 格为长4米、深3米、高3米，钻场周围及附近巷道要加强支护，确 保巷道无空顶、空帮，帮顶背牢刹实，保证探水施工安全。（二）施工地点4号煤采空区积水水压的确定据地质及水文地质资料分析，预计我矿上覆4号煤采空区积水水压约为1.05Mpa。（三）钻孔设计（见下表）探放4号煤采空区积水钻孔设计参数表位置孔号方位（°）倾角（°）孔深（m）孔径（mm）套管直 径（mm）套管长度（m）用途开孔终孔1#钻场TF-1503765.41305610810测压放水TF-2924164.61305610810放水注：各施工地点钻孔数量可根据放水量、水压、排水能力增加。（四）单孔设计本次钻孔设计为仰角孔，采用金刚石钻头钻进，开孔直径 0130mm，下入089mm套管，套管长度不小于10 m，然后更换056mm 钻头钻进至终孔位置。在套管口焊接高压法兰盘，并加工与套管同径，两端焊接带高压 法兰盘的短节（过渡节）。在套管外壁（近法兰处）上、下各焊接一 段装压力表及注水管的短节，注水管短节上安装高压闸阀。在套管法 兰盘上接高压闸阀，再通过过渡节连接另一个高压闸阀。详见封孔套管结构示意图（五）钻探设备选择本次施工选用ZLJ-400型钻机及2ZBSB0.48-3.6/5-7.5型注浆 泵，42哑X1000mm钻杆60根。（六）最大放水量预计及排水路线1、最大放水量预计单孔出水量：q=60c.w.（2gh）i/2式中：q一单孔出水量，m3/min；C流量系数；W一钻孔断面积，m2；g重力加速度，m/s2；h一积水压头高度，m；贝lj： q=60c.w.(2gh)i/2=60 X0.62X 0.00246 X(2X9.8X 85) 1/2 m3/min=3.738m3/min根据钻孔孔径及水压预计，正常情况下取放水系数0.4-0.5,预 计每处最大放水量约112m3/h。2、排水路线钻孔水一6号轨道大巷一进风行人斜巷一10号集中运输巷临时 排水点一中央水仓一地面三、钻探施工(一) 施工顺序1、总体施工顺序先施工1号孔(测压孔)，后施工2号钻孔(放水孔)，间隔时间 以放水量及排水系统的综合排水能力确定。2、单孔施工顺序(1) 钻孔定位：由地测人员按设计要求进行标定。(2) 固定钻机：由探水队施工人员按测量指示方位及设计角度 固定钻机。(3) 开孔及扩孔：用直径89mm钻头开孔，再用直径130mm钻头 扩孔至比设计套管长度大0.2m的位置。(4) 下套管及固管：下入直径108mm套管，管底离孔底约0.2m。 孔口和套管口间的环状空隙用水泥砂浆和速凝剂或树脂药卷封闭密 实，其中插入一根细管，用于观察注浆情况。水泥砂浆凝固后，从套 管口向孔内注入水泥浆，同时观察细管内的情况，待水泥从细管溢出 后，可缓停注浆，35分钟后再注，水泥浆稳定流出后，停止注浆， 停止注浆时压力不低于2Mpa。(4) 水泥凝固：不少于48小时。(5) 扫孔试压：钻头扫孔至10.2 m处，退出钻具，孔口管外安 装不低于4Mpa的高压闸阀，接通高压水试压，试压压力不低于3MPa， 延续时间均不少于30分钟。试压过程要有详细记录，并有专人检查 套管外及钻场附近的情况，如发现钻场及钻孔周围有渗水、跑水等现 象，要停止试压，继续注浆，直至试压合格后。但二次注浆的压力要 适当增大。（6）连接高压闸阀及其它装置：连接高压闸阀（2个）、过渡节、 安装阀门、测压表、防喷装置。（7）正常钻进：用56mm合金钻头或56mm金刚石钻头钻进。（8）中途注浆（孔口与孔底垂距小于10m时）：正常钻进至孔底 距孔口垂距达10m时，停止钻进，连接注浆管对钻进段进行注浆，封 闭钻孔周围岩层裂隙。停止注浆时压力不低于1Mpa。若注浆时不起 压，则采取间歇式注浆，直至达到规定压力为止。（9）钻进至采空区：钻孔接近采空区积水时，必须提前安装好 防喷装置，并做好防喷准备，防止钻进中突然出水失控造成水害事故。（二）施工前准备1、探水队队长及技术人员提前察看施工现场，并组织参加施 工人员认真学习本设计，让职工熟悉钻孔参数、施工方法，掌握 钻孔施工安全技术措施及施工地点的避灾路线。2、施工前必须检查排水系统完好情况，保证其综合排水能力 不小于230m3/h。3、把钻机、注浆泵检修好，准备好施工用的阀门、孔口管、 闸阀、开关等施工用设备、配件等物品。4、在钻孔施工地点安装一部电话，以便施工时井上下联系。（三）钻探施工1、施工钻孔时必须严格按照ZLJ-400型钻机的要求进行操作。2、施工时使用56mm的钻头，开孔要慢速钻进，给进压力不 得大于2MPa，只有在钻头全部钻进孔内时，方可选用快速钻进，并 逐渐增加钻进压力，正常钻进时钻进压力在46MPa之间。3、开孔后必须校正钻杆的倾角是否符合设计要求，否则必须 重新开孔。4、施工时为防止钻杆接头间漏水和方便卸钻杆，在每一个钻 杆接头间必须加上油浸盘根或棉布条。5、施工钻孔时先将下套管部分钻孔施工完毕。孔深为10.2m， 孔径为130mm，并将孔内的岩粉冲干净后，向孔内下入长 10m、 直径89mm的套管，使用高标号水泥固定好套管，然后再施工探放水孔。6、施工探放水钻孔之前用皮带或厚1.0mm, 1.0X1.0m的钢 板做一个挡水板，挂在钻孔和钻机之间，用铁丝把挡水板的四角 固定在巷帮、顶的锚杆上，防止孔内高压水喷出伤人。7、钻进过程中若出现不正常的振动、进尺过慢、钻机扭距加 大、钻速减缓或孔内出水量变小时，必须提钻检查，并来回扫孔， 直至正常时方可继续施工。8、接、卸钻杆时，施工人员必须站在机身的一侧，不得站在 机身的正后方正对孔口的地方，防止孔内钻杆滑出伤人。9、施工过程中钻机的回转器后退时，必须确认钻机的夹持器 已经夹住孔内的钻杆后，方可后退，防止孔内钻杆滑出孔外。10、施工过程中发现有塌孔卡钻现象时，必须及时采取点转、 换低速大扭矩、加长洗孔时间、边旋转边向外抽等措施进行处理， 处理好后要来回扫孔，直至正常时方可继续钻进。五、套管的运输、下入及固定（一）套管运输1、套管装车运输及人工搬运时一定要注意保护套管丝头。2、在运输及安装套管时要防止套管掉落砸伤或挤伤人员。（二）下入套管1、下套管前，使用帮机在钻孔的两侧各0.3m处分别施工一个 锚杆眼，并锚固一根20mm，L=1800mm的锚杆，以便下套管时拉 住套管。2、把6.2mm的钢丝绳的一端拴在孔口周围的锚杆上，用钢丝 绳将套管拴住，钢丝绳的另一端缠在另一个锚杆上并且由施工人员 拉住，防止套管下滑。3、下套管时，用链钳将套管丝扣连接牢固，然后将套管推入 孔内，若人工向里推不动套管，则在套管口上垫一个木托盘，用 钻机夹着钻杆将套管推入孔内。4、接套管时，先将孔内的套管用钢丝绳拴住防止滑出孔外， 然后再回退钻杆，接上另一根套管，推入孔内，如此往复，直到 下完所有套管。5、所有套管下完后，把一根长约2.0m、直径4分、外带阀 门的镀锌钢管插入套管与孔壁间的缝隙中，以便通过钢管向孔内 注浆。（三）固定套管1、套管下完后，然后用树脂锚杆药卷将套管与孔壁的缝隙封 堵严密。2、提前接好注浆泵压风管、吸浆管、排浆管，启动注浆泵， 将水泥浆注入套管与孔壁周围，直到有浆液从套管内流出为止。3、水泥浆凝固后，接钻杆扫孔至孔底。4、扫孔完毕后，在套管上安装上阀门和压力表，并将阀门关 闭，把供水管接到套管上，打开供水阀门把水注入孔内，做耐压 试验，当压力达到4MPa时，则停止注水，仔细观察套管是否松动 其周围是否漏水，持续30min后，经现场检验合格后，方可施工 钻孔。5、若套管固定不合格则用钢丝绳将套管拴住，用钻机将套管 从孔内抽出，重新刷孔重新下套管重新注浆固定，直至套管固定 合格为止。六、安全技术措施1、施工现场必须配备瓦斯便携仪一台，由专人负责看管、检测 钻场周围及孔内瓦斯浓度，如瓦斯超限立即查明原因进行处理。并设 专职瓦检员进行现场交接班。2、施工期间，加强机电检查，杜绝失爆现象。另外，要加强 10#行人巷临时排水点、临时水仓排水点及中央泵房机电设备检修， 确保其综合排水能力。3、钻孔打入老空出水后，首先关闭所有阀门测量水压，然后进 行单孔放水，并通过阀门控制其出水量，总出水量控制在150m3/h以 内，或以排水系统综合排水能力相匹配。孔底以上老空区积水放完的 标准是：孔内无水或有少量水流出，关闭阀门后其水压与孔口孔底间 压差相近时，且经人工投孔后仍无水流出或水量不再增大时，则可认 为该区域放水结束。4、钻进至采空区时，如发现水压、水量突然增大、顶钻等异常 现象时，必须立即停止钻进，不得拔出钻杆，用上部阀门卡住钻杆， 然后用最快速度退出下部钻杆，关闭阀门观测水压，同时要立即向调 度室汇报，并派人监测水情。如果发现情况危急时，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。5、此次探水施工由调度室统一调度，施工过程中如发现异常情 况应及时通知调度室再由调度室通知井下所有受水害威胁区域人员 撤出。6、钻机必须固定牢靠，保证钻进时不移位。注浆固管及做耐压 试验时，探水队提前通知调度室、防治水科、安全科，经上述部门 联合验收合格后方可继续施工。7、成立4号煤采空区积水探放工作领导小组，由总工程师、安 全矿长任组长，生产矿长、机电矿长、通风矿长任副组长，防治水科、 安全科、机电科、通风科、调度室负责人任成员，领导小组下设办公 室，办公室主任由调度主任担任，统一平衡解决施工中遇到的问题。8、避水灾路线路线一：施工地点一6号轨道大巷一6号集中轨道巷一副井一地 面路线二：施工地点一6号轨道大巷一行人斜巷一行人斜井一地面 未尽之处严格按照煤矿安全规程、煤矿防治水规定执行。附：1、钻孔布置平、剖面图2、钻孔套管结构示意图3、排水系统示意图4、避灾路线图永聚煤业4号煤采空区积水探放水钻孔设计编制:审核：科长： 总工：二0三年