L6灰岩水疏水降压孔与观测孔施工方案.doc

附件天中煤业有限公司安里煤矿L6灰岩水疏水降压孔与观测孔施工方案二0一四年八月三十日目 录1. 工程概况 12. 水文地质条件分析 12.1 二叠系砂岩裂隙水 12.2 石炭系灰岩岩溶水 12.3 奥陶系灰岩类承压水含水层(O2) 12.4 构造的影响 12.5 安全水头压力、安全隔水层厚度及突水系数计算 12.6 涌水量预测 13. 施工方案 13.1 疏水降压方案的确定 13.2 设备选择 13.3 钻场选定与技术要求 13.4 钻孔设计 13.5 套管 13.6 施工技术及注意事项 13.6 钻孔结构 13.7 钻孔后期管理 14. 安全技术措施 14.1 井下钻场必须具备的安全设施条件及施工前的准备工作 14.2 钻探施工技术要求 14.3 钻探施工安全措施 14.4 防止突水的应急措施 14.5 其他 15. 矿井防排水 16. 避灾路线 1附图1：回风大巷与机轨大巷L6灰岩钻孔布置平面图 11. 工程概况安里煤矿回风大巷和机轨大巷为沿地层走向施工的水平巷道，两巷底板标高分别为-470m和-475m，水平间距26m2014年6月3日，回风大巷掘至493m处揭露FD49断层（倾向135°,倾角66°，落差20m），断层上盘断面较整齐，岩性为中、细砂岩为主，岩层较稳定。

下盘主要为薄层状灰黑色泥岩、碳质泥岩、夹0.2米厚煤线，岩层破碎、松软，稳定性差断层带充填物为碎屑状泥岩、夹煤屑，钻探探测及巷道揭露显示FD49断层不导水由于受FD49断层破碎带及巷道下伏石碳系组L6灰岩承压水的影响，回风大巷过FD49断层自490m至530m的40m段巷道出现顶板下沉、片帮及严重底鼓，致使工作面停止掘进，进行断层带底板注浆加固为了避免机轨大巷施工中出现类似问题，确保施工安全及巷道工程质量，在机轨大巷距FD49断层15m位置设置钻场对FD49断层带影响区域约60m段的巷道底板进行了注浆加固图1 FD49、FD4断层发育平面示意图2. 水文地质条件分析2.1 二叠系砂岩裂隙水安里煤矿回风大巷和机轨大巷所处地层为倾向近东北的单斜构造，岩层倾角6－15°主要地层为二叠系下石盒子组底部与组交界处地层区域，充水含水层主要为二叠系下石盒子组（P1x）下部的砂岩裂隙含水（俗称：砂锅窑砂岩），岩性以中粗砂岩为主，厚度约12～19m，充水类型为砂岩裂隙含水其含、导水性与裂隙发育程度、规模及裂隙的开性有关，富水性弱～中等，一般含水具可疏性，但受构造影响区域含水性、导水较好其上下主要为中厚层砂质泥岩和薄层状泥岩，裂隙发育，局部较破碎。

2.2 石炭系灰岩岩溶水井田组一般含6层灰岩，厚度45.15～62.56m，平均54.13m其中顶部的L6灰岩单层厚度最大最稳定，厚5.9～16.74m，平均11.98m（20-3勘探钻孔揭穿L6灰岩厚度为13.5m），上距二2煤平均间距仅15.38m据勘探报告，该含水层单位涌水量q=0.003～0.423L/s.m，平均0.132L/s.m，渗透系数K=0.041～6.19m/d，水质类型为HCO3-Ca.Mg型水，矿化度0.17～0.33g/L 吴桂桥井田抽水成果还表明，组各含水层水力联系密切，在浅部露头区与第四系底部含水层、奥陶系含水层均有水力联系，是开采二煤层的直接充水水源，也是主要充水水源根据机轨大巷FD49断层带注浆施工钻孔资料，L6灰岩岩溶水对机轨大巷底板静水压约3.0MPa，溶隙发育不均一，富水不均一，钻孔出水具一定补给水源图2 回风大巷与机轨大巷过FD49断层后N60°方向预想剖面图2.3 奥陶系灰岩类承压水含水层(O2)厚度11.70～115.28m，岩性主要为石灰岩和白云质灰岩岩溶溶洞、溶隙发育，单位涌水量q=0.000203 ～0.928L/s.m，渗透系数K=0.00252～3.185m/d,水质为HCO3-Ca.Mg型。

上距L6灰岩底板平均60.0m，为矿井开采的间接充水水源2.4 构造的影响根据勘探报告及实际施工揭露情况，回风大巷和机轨大巷前面主要受FD49 断层（∠70°H=30～132m）和DF4断层的影响另外不排除其它次生构造及其他断裂构造的影响过FD49断层前, 回风大巷和机轨大巷底板与下伏L6灰岩间距分别约为50m、42m由于受FD49断层抬升作用，预计造成FD49和DF3断层间约400m段两巷道底板与下伏L6灰岩间距变小至30m和22m（见图2）2.5 安全水头压力、安全隔水层厚度及突水系数计算（1）安全水头压力计算根据机轨大巷FD49断层注浆加固资料，机轨大巷过FD49断层后稳定岩层底板安全水头压力计算如下： ＝12.12MPa ＞3.0MPa （公式1）式中 p——底板隔水层能够承受的安全水压，MPa；t——隔水层厚度，m，取最小值22.0m；L——巷道宽度，m，取5.0m；——底板隔水层的平均重度，MN/m3，取平均0.023MN/m³； Kp——底板隔水层的平均抗拉强度，MPa，取0.3MPa2）安全隔水层厚度计算 = 10.7（m） ＜22.0m （公式2）公式1与公式2计算结果基本一致，即一般岩层稳定区域不会造成底板灰岩水直接突水，但也不排除由于掘进施工使巷道围岩应力平衡受到破坏及底板破碎、变薄，受下伏L6灰岩水影响发生底鼓甚至滞后突水的可能。

3）突水系数计算机轨大巷底板突水系数：T＝ = =0.136MPa/m ＞ 1 MPa/m (公式3）回风大巷底板突水系数：T＝ = = 0.1 MPa/m 式中 T――突水系数，MPa/m； XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX P――底板隔水层承受的水头压力，MPa就全国实际资料看，底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06MPa/m，正常块段不大于 0.1 MPa/m因此，两大巷掘进施工均不同程度受L6灰岩承压水危害威胁综上，虽然公式1、公式2与公式3计算结果存在偏差，结合回风大巷过FD49断层带时巷道变形情况分析，L6灰岩岩溶承压水为回风大巷和机轨大巷在FD49断层与DF4断层区间施工主要的也是直接的水害隐患2.6 涌水量预测据勘探报告矿井涌水量预测结果（表1），结合矿井实际施工情况，回风大巷与机轨大巷在FD49断层与DF4断层区间掘进施工主要水害类型为底板L6灰岩岩溶承压水，涌水量预测可以参照“地下水动力学法”关于二2煤层观测值，即正常涌水量75m³/h，最大涌水量528m³/h 安里煤矿矿井涌水量预测表 表1计算公式计算煤层正常涌水量(m3/h)断层或底鼓导水涌水(m3/h)地下水动力学法三煤层103540二煤层75528比拟法三煤层299正常涌水量开采三煤299 m3/h；后期全矿井374 m3/h。

最大涌水量开采三煤839 m3/h；后期全矿井1442 m3/h3. 施工方案3.1 疏水降压方案的确定底板承压水害防治措施主要有底板注浆改造、底板局部注浆加固、疏水降压、带压采掘作业、加强排水及综合防治措施等考虑防治水工程施工难易程度、工程进度，前期主要在两巷对FD49断层带进行了注浆加固注浆加固钻孔垂深至L6灰岩与上覆岩层界面位置，以改变巷道底板至L6灰岩层间软岩的岩性，增加其强度从回风大巷对FD49断层带变形区域的修复、U型架棚+反底拱支护情况，目前原底鼓区尚未出现反弹现象，说明注浆加固施工对改造软岩、增加其强度起到一定效果前期注浆加固施工钻孔均未达L6灰岩岩层，没有对L6灰岩岩溶含水层全厚进行注浆封堵，因此并没有从根本上解决L6灰岩对巷道底板的影响问题由于两巷在FD49断层至DF4断层之间约400m围均受L6灰岩承压水的影响，L6灰岩全厚整体注浆加固工程周期长、工程费用高，可操作性差，因此不具整体注浆加固施工条件机轨大巷FD49断层带注浆加固施工的6#钻孔至64m出水，2.5小时后拔出钻杆测得水量36m³/h，水压0.8MPa，关闭闸阀约5个小时后水压缓慢上升并稳定在3.0MPa。

说明单位时间钻孔疏水量大于水源补给量，即L6灰岩岩溶水具一定的可疏性这就为治理L6灰岩水害提供了另一种有效方案，即疏水降压因此，除了对底板局部构造破碎带（断层破碎带、陷落柱等）、强导水断裂进行注浆加固外，对两巷 FD49断层与DF4断层间受L6灰岩承压水影响段进行超前疏水降压，减少或消除其在两巷掘进施工中对矿井安全的威胁，是治理L6灰岩水害，保证巷道质量，加快工程进度，降低防治水工程费用的有效措施为了有效疏水降压，并及时掌握组L6灰岩承压水动态变化情况，特编制本方案3.2 设备选择施工选用杭钻ZLG537型钻机，配合使用庄2TGZ 60/210型注浆泵3.3 钻场选定与技术要求（1）根据巷道施工先后顺序及巷道围岩稳定性，机轨大巷3#钻场选在巷道右帮，回风大巷钻场选在巷道左帮，以回风大巷超前疏放为主2）钻场规程：直墙半圆拱型，断面规格见图3所示，深度2.0m3）支护形式：顶帮锚网喷锚杆间排距：900mm×900mm，喷浆厚度：100mm4）机轨大巷3#钻场，位置选在距FD49断层10m位置，此处以砂岩为主，岩层稳定，为不需要U型架棚支护区，钻场便于施工，要求底板平整 （5）回风大巷为超前施工巷道，每隔80m设置巷帮钻场（兼作探水钻场用）。

6）回风大巷6#～9#钻场以泥岩、砂质泥岩为主，岩层稳定性较差，钻场顶、帮除采用锚网喷支护外，根据岩层稳定情况，必要时另补打适量锚索加强支护后喷浆，喷浆厚度100mm另外，对钻场底板卧底0.5m，卧底周边均超过钻场底边0.2m～0.4m（见图3），浇筑C40素混凝土进行强化，同时避免钻进用水和疏水水流对钻场底板的浸泡影响，保证钻场的长期使用图3 钻场断面及支护示意图3.4 钻孔设计（1）由于FD49断层带不导水，使得断层两侧L6灰岩岩溶水在FD49断层两侧形成相对独立的两个含水区域本次在机轨大巷钻场（3#钻场）设计施工G1和G2孔，两孔分别终孔于FD49断层两侧、回风巷与机轨大巷主心线下方位置，其中G1为FD49断层上盘区域L6灰岩岩溶水观测孔，G2为FD49断层下盘区域第一个超前疏水降压孔（钻孔布置方式见附图1、图4、图5，钻孔参数见表2）2）回风大巷钻孔布置：每个钻场暂设计1个疏水降压孔为保证对两巷道均能达到疏水降压效果，特选用大角度倾斜孔布孔方式，即钻孔终孔于两巷道中心线下方L6灰岩岩层底板为适当短两钻孔间距（实际间距保正在60～70m之间），钻孔均向掘进前方偏转一定角度，同时也增加了钻孔穿过L6灰岩岩层的有效长度，以便穿透更多的岩溶裂隙或溶洞，起到较好的疏水效果。

图4 机轨大巷3#钻场G1、G2孔剖面示意图图5 回风大巷G3～G6钻孔剖面示意图（3）钻场及钻孔穿过岩层轨迹与20-3地质勘探钻孔最小法向距离不得小于30m，以防20-3钻孔封闭不良而诱发突水 回风大巷与机轨大巷L6灰岩水疏放钻孔参数表 。