1、杨柳矿10414防治水设计杨柳煤矿10414工作面防治水方案编 制 张冰泉 审 核 陈恩玉 部 长 张敏 技术付总 于霖 总工程师 李凤荣 杨柳煤矿二九年二月九日 10414工作面防治水方案一、工作面基本情况10414工作面是杨柳矿井首采工作面，位于104采区第六个区段，其西为10412工作面，东为10416工作面（两面均未准备）。工作面外段到东翼回风大巷保护煤柱，里段（切眼侧）以小沈家断层煤柱为界。回采二迭系山西组10煤层，倾角08，平均4，平均煤厚3.3 m。工作面底板标高-570-610m，设计走向长1200，倾斜宽180m，可采储量91.4万吨。采用综合机械化采煤方式开采，顶板采用自由
2、垮落方式管理。计划09年7月31日贯通，10月试生产。二、工作面水文地质概况1、工作面水文地质概况工作面位于牛小集背斜轴部东部。根据勘探及三维地震地质资料，牛小集背斜两翼宽窄不等，倾角较缓，受牛小集背斜影响，工作面内煤层有次生小断层，及小褶曲。工作面内无落差大于5.0m断层，仅切眼处靠近F113、F103正断层，断层倾角70，落差0-3米，对影响回采较小。区内未发现直径大于15m的陷落柱，无火成岩侵入。2、主要水害分析根据104采区地质资料，工作面水文地质条件中等偏简单。影响工作面回采的主要含水层有：煤层底板灰岩含水层；煤层顶、底板砂岩裂隙含水层。其中灰岩含水层水是主要水害威胁；裂隙含水层水是
3、回采中的主要充水水源。（1）顶、底板砂岩裂隙含水层（段）抽水试验：静止水位标高为+15.51m，q=0.0086l/s.m，K=0.02502m/d，赋水性弱，矿化度为0.357g/l水化学类型为HCO3-Na型。根据施工北翼轨道大巷实际揭露顶板砂岩层位，砂岩与火成岩层最大涌水量达35 m3/h，说明顶板局部含水性较强。顶、底板砂岩裂隙水通过淋、渗水形式进入工作面，是工作面回采的直接充水水源。（2）根据08年在东翼大巷施工放水孔资料，共计5个孔揭露“4灰”，只有两孔涌水0.21.0 m3/h，其它均无水。正常情况下10煤层底板距灰岩含水层平均间距60m，其岩性以海相泥岩和粉砂岩为主，是较为稳定
4、的隔水层。正常情况下，灰岩水不会直接进入工作面。考虑到灰岩层含水不均性，且所做工作仅为东翼大巷外段，工作面试运转前要继续加强灰岩水防治工作。3、涌水量估算顶、底板砂岩裂隙含水层是工作面直接充水含水层，一般含水性弱。根据“大井法”和比拟法估算正常涌水量为20-30 m3/h，最大涌水量为42.5 m3/h 。太灰层静止水位标高为+14.5914.70m，工作面底板承受水压为5.7Mpa6.3Mpa，经计算工作面回采突水系数为1.21.3(综采，底板破坏深度取12m)，超过了0.7的临界突水系数值。据地质勘探报告估算，太灰水可能的突水量为425m3/h。由于该面处于-570m标高以下，灰岩岩溶及裂
5、隙不发育，突水量将大为减少。比照水文地质条件相似的孙疃矿1028工作面估算，我矿10414工作面可能的太灰突水量为100 m3/h。三、10414工作面防治水原则和主要技术方法根据淮北矿业（集团）公司地测防治水工作技术管理规定及实施细则的要求，10煤层开采工作面的防治水工作应达到工作面正常开采区域突水系数小于0.7 MPa/m，底板构造破碎区突水系数小于0.5 MPa/m或通过改造提高底板强度后，突水系数不大于0.7 MPa/m的要求。防治水原则:通过工作面物探和钻探查明煤层底板隔水层（包括等效隔水层）厚度，充分利用有效隔水层，通过疏降太灰水位，使工作面底板的灰岩水压降至“安全水头”以下，达到
6、“限压开采”的目的。10414工作面必须进行疏水降压、富水异常区和构造破碎带局部注浆充填加固。同时，建立完善排水系统，为疏水降压开采创造条件。主要技术方法：1、建立104采区放水孔系统，形成灰岩含水层疏降开采的基本条件；2、建立104采区观测孔系统，形成井上下灰岩水位观测网，达到疏降开采水压监测目的；3、开展104采区灰岩含水层放水试验，确定含水层“可疏性”指标，制定10414工作面疏降开采方案（确定疏放水量、放水提前和延续时间）；4、开展10414工作面底板电法勘探，查明板底含（隔）水层含水异常区，确定灰岩水“导升高度”；5、开展10414工作面底板含（隔）水层探查，查明隔水层厚度，确定12
7、灰能否作为“等效隔水层”利用，以最大限度地减少疏放水量；6、开展10414工作面底板异常段探查和注浆改造，保证“有效隔水层”连续完整，使之能够承受“安全水头”；四、防治水工程设计防治水工程包括：采区（工作面）钻探工程：放水孔、观测孔、工作面探查孔、异常段探查注浆孔等；物探工程：工作面底板电测深、工作面音频电透视；试验工程：采区放水试验；注浆工程：异常段注浆加固；排水系统：边界巷排水泵房、工作面排水泵站。、钻探工程设计1、钻探工程施工的目的和任务放水孔：为建立疏降开采的基本的放水条件，必须施工采区放水孔，先期为放水试验服务，后期作为整个采区10煤开采开放水的基础设施。根据以往勘探资料，估计灰岩含
8、水层在100m3/h放水量的疏放条件下，水位可以在有限的时间内大幅度下降，使工作面处的水压降至3.0Mpa以下。因此，本次施工的放水孔总涌水量必须超过100m3/h。观测孔：井下灰岩水压观测孔是矿井地下水动态观测网的重要组成部分，是放水试验参数的采集和工作面开采期间的安全监测的重要基础设施。本次设计3个观测孔。工作面探查孔：主要目的是查明底板隔水层厚度、12灰含水层的富水性。同时，选点进行全取芯升井鉴定，确定底板岩层结构和分层厚度，选择一些钻孔进行底板隔水层压水试验。安排最大限度地与工作面巷道掘进平行作业。注浆孔：对灰岩导升、含水段进行注浆加固，保证有效隔水层连续完整。异常区验证孔：主要对是对
9、物探异常区、注浆区域进行验证。2、钻孔布设、放水孔布设104采区设计两组放水孔，每组两孔，全部为倾斜钻孔，以增加揭露含水层的孔段长度，达到增大单孔放水量的目的。放水孔具体位置待井下物探与观测孔施工后视涌水量大小而定。若观测孔揭露4灰后仍为干孔，不施工防水孔。、观测孔布设井观1孔、2孔：布置东翼大巷内，钻孔俯角45，方位及具体位置根据井下物探异常区域情况确定。井观3孔：布置在104采区边界巷内，俯角45，具体位置与钻孔方位根据井下物探异常区域情况确定。、工作面探查孔布设探查孔布置在工作面的机巷、风巷中，平面上呈“品”字分布。工作面机、风巷生产准备期间，与巷道掘进施工同步施工，平行作业。工作面长度
10、约1200m，每200m设计一个钻孔，共14孔，以立孔为主，钻孔编号分别为10414查1、10414查210414查14，总工程量约1260m。、异常区验证孔布设验证孔布置在物探异常区，先期以外段工作面机、风巷为主，后期以里段工作面为主。探查孔需要兼顾到工作面中部，以倾斜长钻孔为主，必要大功率钻机施工。探查孔编号为10414验1、10414验2等等，钻孔个数和工程量尚不能完全确定。3、钻孔结构和基本参数设计、放水孔、观测孔结构和基本参数设计放水孔、观测孔在10煤或顶板1020m处开孔，一般于4灰底板终孔。钻孔结构：开孔至10煤底板130mm钻进，下入127mm孔口管。10煤底板至1灰顶以上5m
11、，110mm钻进，下108mm止水套管。向下至4灰底板为裸孔，孔径为75mm。放水孔、观测孔基本参数见表X1杨柳矿放水孔、观测孔基本参数一览表（X1）钻窝编号钻孔编号钻（孔）窝所在巷道名称预计单孔孔深（m）孔口护口管(127mm)m套管(108mm)m终孔层位钻孔方位（）俯角（）高压阀门（个）备注放1孔组放1-1东翼大巷210201104灰底板401放1-2210201104灰底板401放2孔组放21东翼大巷210201104灰底板401放22210201104灰底板401井观1孔井观1孔东翼大巷200201004灰底板451井观2孔井观2孔东翼大巷200201004灰底板451井观3孔井观3
12、孔104边界巷200201004灰底板451合计14401407407注：各孔具体方位、倾角根据电法成果，底板富水性再做调整。、工作面探查、验证孔结构和基本参数设计工作面探查、验证孔于10煤底开孔，一般于2灰底板终孔。钻孔结构：开孔至10煤底板下3m130mm钻进，下入127mm孔口管。10煤底板至法距20m，110mm钻进，下108mm止水套管。向下至2灰底板为裸孔，孔径为75mm。若钻进至2灰底板距10煤底板法距不足90m，终孔层下延。探查、验证孔基本参数见表X2。杨柳矿工作面探查孔基本参数一览表（X2）钻孔编号钻（孔）窝所在巷道名称预计单孔孔深（m）孔口护口管(127mm)m套管(108
13、mm)m终孔层位钻孔方位（）俯角（）高压阀门备注查1机巷903202灰-901查2机巷903202灰-901查3机巷903202灰-90查4机巷903202灰-90查5机巷903202灰-90查6机巷903202灰-90查7机巷903202灰-90查8风巷903202灰-901查9风巷903202灰-901查10风巷903202灰-90查11风巷903202灰-90查12风巷903202灰-90查13风巷903202灰-90查14风巷903202灰-90计12604228044、主要技术要求1、观测孔与放水孔开孔采用130mm刮刀钻头钻进，钻杆65mm，钻进孔口管设计位置后下入127mm孔口管
14、，用高标号水泥浆进行封孔固管24小时。2、用110mm刮刀钻头钻进至1灰顶板上5m处（工作面探查孔至10煤底板下法距20m），下止水套管108mm，固管48小时，扫孔到孔底并进尺0.5m，做耐压试验，试验压力不低于8Mpa，压力稳定时间不小于30min。设计取芯钻孔的取芯段采用相同规格的筒状钻头钻进。止水套管必须使用40#钢的地质管，不准使用普通无缝钢管。3、试压合格后安设高压闸阀，然后采用75mm刮刀钻头钻进到设计终孔层位。4、含水层段钻进过程中，当钻孔出现大于5m3/h的涌水时必须停止钻进，记录出水段深度、测定涌水量和水压；当钻孔出水量大于60m3/h时可以关闭高压闸阀提前终孔。5、观测孔
15、和设计取芯探查孔，取芯段10煤底板至终孔位置。采取的岩芯按顺序编号，升井鉴定编录。6、取水样 若有出水，按化验要求每孔取一个水样，若水量较大，则加倍。7、压水试验探查孔进入灰岩前、终孔后若不出水，分别进行压水试验，确定岩层单位吸水量。8、钻孔注浆与封闭 工作面每孔探查结束后，对资料进行系统的分析研究。若水量较小，注浆封孔，封孔压力不小于7MPa。9、观测与记录 若钻孔大量出水，则对于出水深度、岩性、水量、水压和水温进行严格观测与记录。注浆时固定专人对泵压、泵量、灰浆浓度进行严格观测，并对注浆情况进行及时综合分析。钻孔放水试验时应加密观测水量、水压、水温等动态参数的变化情况。10、孔口管加固及防
16、喷措施第一，钻机安装要稳固，其底座锚杆、压车柱符合有关规定。第二，一般采用全液压坑道安全机施工钻孔。11、钻场：放水孔、观测孔钻场长宽高=4.04.03.2m,工作面钻场视具体情况届时设计。、物探工程方案设计1、物探工程施工的目的和任务开展工作面物探的目的是查明工作面底板含（隔）水层的富水异常情况、隔水层的完整性、导水断层、陷落柱的发育情况、灰岩水的导升高度，为探查孔设计和注浆加固工程设计施工提供技术依据。2、物探方法的选择因工作面斜长180m，单一的物探不能完全满足勘探目的。本次选择两种物探方法：工作面机、风巷底板电测深：采用三极电测深方法，查明煤层下90m范围内视电阻率变化情况，提供异常区
17、范围和幅度。具体施工设计由施工单位编制。工作面音频电透视：采用音频电透视方法，查明工作面内部煤层下约90m范围内电导率的变化，提供异常区范围和幅度。具体施工设计由施工单位编制。物探工程按工作面里、外两段分别施工。外段在工作面风巷施工600m具备施工条件时，先期施工；里段在工作面切眼贯通后施工。具体安排见“施工组织设计”一章。两种物探方法分别选择不同的施工单位，以便资料的相互验证。二次物探验证工程量届时安排。、放水试验方案设计1、放水试验的目的和任务放水试验是通过太灰上段含水层放水孔一定流量的放水，在放水孔及其周边一定区域形成水位降落漏斗，利用观测孔水位变化观测资料，确定含水层“可疏性”指标，制
18、定灰岩承压水上开采的疏降方案。注：本次放水放水试验是建立在观测孔与放水孔出水量满足于试验要求时开展。2、放水试验方案采用非稳定流理论进行放水试验方案安排。分三个试验阶段：第一阶段：投入放1孔组两放水，放水量约50 m3/h，观测孔为地面所有、井下观1孔、放1放2孔组中未使用的放水孔各1个。试验延续时间以井观1孔出现水位等幅下降时为结束标准。试验观测内容为放水孔的涌水量、水温、水质，地面观测孔水位、井下观测孔水压等。第二阶段：在放1孔组两放水的基础上，再投入放2孔组两放水，总放水量约100 m3/h，观测孔和试验观测内容与第一阶段相同。试验延续时间以井观1孔再次出现水位等幅下降时为结束标准。第三
19、阶段：当井观1孔第二次出现水位等幅下降时，放水过程基本结束，这时安排多人，约定统一时刻同时关闭所有参与试验的放水孔，开始恢复水位观测。延续时间以井观1孔水位基本稳定8小时为结束标准。、注浆工程方案设计1、注浆工程施工的目的和任务注浆加固，就是把制备的浆液压注到岩层缝隙中，使其固结成岩，达到保证有效隔水层连续完整、防止“薄弱带”突水的目的。一是用于工作面探查孔的封闭。当钻探孔终孔后，对其进行压水试验，确定含（隔）水层渗透性指标。当单孔吸水量大于40 l/min时，必须采用集中注浆站进行注浆封闭。二是用于工作面验证孔的加固注浆。物探异常区、导水断层、陷落柱、灰岩水导升处都必须施工验证孔，也是注浆加
20、固的重点部位。这些钻孔必须采用集中注浆站进行注浆加固。2、采区集中注浆站方案设计注浆站是灰岩水害治理的基础设施。由于杨柳矿水文地质条件暴露得不十分清楚，注浆工程量尚不能确定，因此，本次只设计104采区集中注浆站。采区注浆站布置在104采区六区段回风联巷内，主要设备有：制浆机：杭州产ZJ-400型煤矿专用制浆机， 2台;注浆泵：石家庄钻探设备厂产NBB260/7型泥浆泵，专配防爆电机，2台；贮浆槽：暂用矿车代替。输浆管：本次设计采用32mm综采装备用高压胶管，长度3000m。辅助设施：配电、供水、照明、进料运输、上料工作台、比重称等计量仪器等。3、注浆施工工艺注浆材料：使用425#普通硅酸盐水泥
21、，不准使用矿渣等颗粒性水泥。本次不使用添加剂，以便提高二次电法检验资料的准确性。浆液浓度：本次属静水注浆，以充填和增加扩散半径为主，浆液易稀不易浓。水灰比控制在1：0.8以上，浆液比重控制在1.3以下。注浆段选择：工作面10煤底板砂岩段和12灰段分别作为一个注浆段。即需要注浆的钻孔施工到1灰之前，进行压水试验，单孔吸水量大于40 l/min时，单独作为一个注浆段进行注浆加固。终孔后进行全孔段注浆加固。注浆方式：连续注浆，即在设计工作压力下保持注浆施工的不间断作业，直到达到结束标准时才能结束。注浆前进行压水试验，根据单孔吸水量确定浆液浓度和注浆过程。注浆过程中，原则上先稀年后浓，当注浆工作压力上
22、升时，调稀浆液浓度，缓慢达到结束标准。注浆工作压力：注浆工作压力与注浆孔静水压力、管路阻力、岩层的可注性等密切相关。本次设计注浆工作压力为静水压力的1.3倍（或压水试验压力的1.3倍）。当注浆过程中注浆压力达到设计工作压力时，认为接近结束，届时调稀浆液，缓慢达到结束标准。注浆结束标准：根据注浆泵能力，本次设计注浆结束标准为：注浆压力达到8Mpa、进浆量小于40 l/min、延续时间30min。、排水系统由于工作面位于牛小集背斜轴部，煤层中间高两端低，局部有小褶曲发育的特点。工作面机、风巷涌水不能实现自流。设计工作面中部至切眼（里段），涌水经临时水仓排到由104边界到水仓，再排到井底水仓至地面。
23、牛小集背斜轴部至机、风巷上部车场（外段），回采期间涌水经过临时水仓直接排到东翼轨道大巷。机、风低洼处设临时水仓，布置两路6寸排水管，最大排水能力不小于110 m3/h，临时水仓容积不小于工作面2小时正常涌水量60m3。工作面机、风巷局部低洼处采取卧底、挑顶、埋管等措施，减小巷道积水地点。104采区边界排水系统按矿井设计要求施工。矿井东翼不布置集中排水泵房，工作面涌水直接由临时水仓排到东翼轨道大巷。五、施工组织设计1、矿成立防治水领导小组制定防治水方案，对防治水过程的安全管理负责，协调、检查防治水施工措施落实，确保防治水工程正常开展。2、施工队伍距矿井投产日期时间紧，任务重。目前我矿钻机仅能满足
24、井下瓦斯孔施工需要，且不具备施工水文孔的技术和力量。矿要积极寻找具备资质的外围钻机施工队伍来施工，另请求集团公司从技术上给予指导，能否协调施工队伍来施工，以加快10414工作面防治水工作的开展，确保矿井按期投产。3、开工时间及工期安排 实现09年度矿井联合试运转目标，矿建工程、瓦斯防治工程及防治水工程任务重，加上矿井安装工程多，有些工程可能相互影响，矿上要统筹协调安排，确保防治水工程保质、按期完成。10414工作面防治水工程工期安排表（X3）项 目工作量时间安排施工地点观测孔600m09年3月、7月完成东翼大巷与104边界巷探查孔工程1260m根据掘进进度安排10414机、风巷。放水孔840m09年4月、5月完成东翼大巷物 探2次09年3月完成104边界巷及东翼大巷各一次。工作面物探2次09年6月、9月完成10414机、风巷。注浆站1个09年5月完成建在六段区段联巷内工期统筹图4、装备、材料及采购计划10414工作面防治水工程材料表（X4）名称数量型号备注排水泵6台BQS60-50不包括采区水仓泵注浆泵2台NBB260/7制浆机2台ZJ-400高压胶管3000m32地质套管580m108孔口管100m127孔口装置11套7.5MP高压阀、连结管等水压自记仪3个YJS（A）排水管2000m6寸铁管附件：104采区防治水工程平面图
