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工作面探放水钻孔施工方案及安全技术措施
技术资料 发布日期：2020-08-06 09:26:08
新闻归档
工作面探放水钻孔施工方案及安全技术措施 一、基本情况１、工作面概况15104综采工作面设计走向长度962m，采长200m，由北到南设计有：外错尾巷、回风顺槽、进风顺槽、切巷；15104工作面位于15#煤层井田的东中部，北部为15103采空区，南部为设计15105采区，东部为杨家沟村保护煤柱边界，西部为15#煤三条系统大巷；上覆层为9#煤9205和9207采空区，15#与9#煤层位间距约为70m。地面位置在许家沟村西南方向的山坡丘陵地带，地面无建筑物。２、工作面水文地质及水害分析（１）、工作面地质情况15104综采工作面回风顺槽地势呈现中部高，东西方向低；进风顺槽地势呈现西高东低；工作面存在南北—北南向斜扭曲构造；从一区回风巷起，回风顺槽向东400m，进风顺槽向东340m范围呈现南高北低的向斜，落差在10－34m之间；回风巷400m向东到切巷，进风顺槽340m向东到切巷范围呈现北高南低的向斜，落差在3－20m之间；15104工作面回风顺槽从一区回风巷向东145m处揭露一陷落柱，该陷落柱位于停采线外，根据坑透成果预测工作面内存在有小断层6处，1处掘进时已揭露，其它5处隐藏于工作面中部。（２）、工作面水文情况15104工作面在掘进期间涌水量为０.２m3/日，无顶板淋水及破碎带涌水现象，在回风穿越陷落柱时，陷落柱边沿出现过涌水现象，但涌水量不大；进风已揭露的小断层未出现涌水现象，掘进过程中所揭露的几个褶曲也未出现涌水现象，其它5处隐藏于工作面中部的小断层，根据本煤层钻探情况未发现涌水现象。（３）、工作面水害分析15104回采工作面北部为15103采空区，15103采空区底板标高低于15104工作面，所以工作面回采期间不会受15103采空区积水影响。上覆9205采空区积水受15103工作面采动影响通过裂隙渗漏到采空区，故15104工作面回采期间不受9205积水影响。工作面中部预测隐覆的5个小断层，因上覆9207采空区中部底板高，东西两端地势低，故采空区积水集中汇集到东西两端，中部无积水区，工作面断层构造距离上覆9#积水区相对较远，故不会通过断层构造渗入到回采工作面，不会对回采工作面造成水患。根据9#煤层与15#煤层15104工作面上下层关系对照和分析，15104工作面主要水害为上覆9207采空区东西两端存在的两处积水，但在9209回采期间，9207采空区积水通过原9207进风顺槽口预留水管及9205回风顺槽与9209进风顺槽联络巷一直进行排放，预计存在少量结水，故在15104工作面回采前必须对其进行探放水。（４）、采空区积水量估算15104综采工作面上覆9207采空区积水量估算，采用经验公式对采空区积水量估算如下：公式：? Q积=K×M×F /cosα式中：Q积------采空积水总量（万m3）；M------采空区平均采高线或煤厚（m）；F------采空积水区的水平投影面积（m2）；α------煤层倾角（°）；k------采空区充水系数（一般为0.25～0.50，本次取0.25）；根据计算预测1#区域积水量为1487m?，2#区域积水量为8050m?,总量9537 m?。二、钻孔设计及参数：15104综采工作面通风系统已形成，根据《煤矿防治水规定》的要求，“矿井工作面采煤前，应当采用物探、钻探、巷探、和化探等方法查清工作面内断层、陷落柱和含水层（体）富水性等情况”；经排查15104工作面上覆9207采空区存在两处积水区，一处在原9207采空区西北角，在15104工作面高抽巷口正东180米处；另一处在9207采空区的东南角，在15104工作面配风、进风顺槽和切巷交错处。为确保综采工作面回采期间不受水害影响，保障作业人员生命和设备的安全，必须对上覆9207两处采空积水区进行探放水，故设计在15104回风顺槽、进风顺槽设置两个钻场，对9207采空区两处积水区进行探放水。在15104回风顺槽设计探放水钻孔一个，15104进风顺槽与切巷布置1个钻孔，具体设计参数如下：(一)、1#钻孔设计参数：1#钻孔起始位置位于15104回风顺槽口东120米处，测点H403处顶板上，终孔位置位于原9207采空区预测积水区，具体设计参数如下：１、起始坐标 X：113864.371 Y：79849.794 H：+779.24２、终孔坐标 X：113778.011 Y：79925.676 H：+868.000３、方位角 a: 139?18’17”４、高差 h: 88.76m５、倾角?: ＋37?39’42”６、平距D: 115m７、斜距L: 145.3m；８、水压P: 0.89MP；9、设计钻孔从钻孔口起，分别为警戒线/探水线/结水线（/115.3/30/）m,见（示意图一）(二)、2#钻孔设计参数（两个方案）：方案一2#钻孔起始位置位于15104进风顺槽测点J419处顶板上，终孔位置位于原9207采空区预测积水区，具体设计参数如下：１、起始坐标 X：113657.6936，Y：80863.5315，Ｈ：+771；２、终孔坐标 X：113644.6586，Y：80901.9035，Ｈ：+844；３、方位角 a: 108?45’45”，４、高差 h: 73m，５、倾角a: ＋60?40’46”，６、平距D: 41m，７、斜距L: 83.7m,８、水压：P: 0.73MP９、设计钻孔从钻孔口起，分别为警戒线/探水线/结水线（/53.7/30/）m,见（示意图二）方案二2#钻孔起始位置位于15104进风切巷口与配风联络巷口向南11m处，终孔位置位于原9207采空区,具体设计参数如下：１、起始坐标 X：113644.659，Y：80884.172，Ｈ：+785.0，２、终孔坐标 X：113644.659，Y：80901.904；Ｈ：+844.0，３、方位角 a:90?00′00″４、高差h:59.0m，５、倾角a:73?02′02″，６、平距D:18m，７、斜距L:61.7m。8、水压：P: 0.59MP9、设计钻孔从钻孔口起，分别为警戒线/探水线/结水线（/31.7/30/）m,见（示意图三）三、施工目的在15104回采期间，为防止15104综采工作面上覆9#煤采空区积水通过构造或因受采动影响发生大量涌水，造成工作面停产，故需对15104工作面上覆9#煤采空区预测的积水进行探放水，以确保回采期间的安全生产。四、施工工艺１、钻探设备：钻探设备：选用zdy—4000S全液压坑道钻机１台，与至配套的泥浆泵１台；钻杆直径：￠73mm;钻头：￠133mm; ￠113mm;额定电压：380V/660V;电动机功率：55KW;钻机重量：2540kg;主机重量1500kg;钻机外形尺寸（长×宽＊高）：2380×1300×1520（mm*mm）２、钻探方法：设计开孔位置在15#煤层顶板，首先采用￠133mm钻头钻进10m后，下127mm一级套管10m后，用水泥固管后连接孔口控制闸阀装置，然后用￠113mm钻头继续钻进，直至钻透采空区。３、固管要求：钻孔内安装127mm无缝钢管套管护孔，连接高压闸阀的最后一节套管末端两侧各焊一个钢板耳板，打锚杆孔眼，用锚杆进行固定。后用水泥浆进行注浆固管，凝固48小时后进行扫孔，钻进超过套管1m后，进行耐压试验，护孔套管试验压力不得低于1.5MP,且稳压时间不小于30min,试压合格后安装高压闸阀，继续钻进。五、施工前准备工作:? 1、钻场准备：施工钻场不得小于长×宽×高（4m×4m×4.2m）的空间，并对钻场前后10m范围内巷道进行加强支护。2、钻场位置附近需提前挖掘一个（２m×２m×2m）的水泵窝，与钻场地面水平低0.2m,钻场用水泥抹面厚度不小于50mm。3、钻场处水泵窝安装BQW50-140/37能力为50m?排水泵两台，设置截止阀，通过三通与15104回风巷（直径为100mm）的排水管路连接，将水排至东四采区水仓，经东四采区水仓水泵排至880主水仓。排水系统必须在钻探前进行排水试验。4、机电队负责钻场水泵的安装与排水管路的连接及排水试验，并敷设施工所需的风水管路，钻场附近留设风水管（直径25mm）的接口，确保探放水工作正常进行，并必须保证透水后能正常排水。5、机电队负责钻机的供电，开关的接线解线；机修队提供120型开关一台、80型开关2台，制作长20m护孔套管（长1米20根，管套需做内外丝扣），两根套管需焊接测试压力管、流量监测管和管耳，压力管和流量监测管头需做丝扣，管耳需打两个（直径22mm）锚杆紧固孔。6、机电队负责在钻场附近10米范围安装一部直通调度的电话，保证与调度指挥中心通信畅通。7、钻场需加设瓦斯监测传感器。８、需购置压力表（2Mp以上）4块及四寸高压阀门４个，2寸管高压阀门4个，（大于10Mp）无缝钢管24m麻丝5公斤及所需的紧固螺丝和螺母、电缆、开关、水泵风水接头、高标号水泥等材料。六、施工技术要求：１、必须严格按照钻孔的设计参数进行施工，开口孔位不得偏离设计坐标±100mm，方位偏差不得大于±1 ?，钻孔仰角不得超过±1°，在施工过程中不得随意改动，如因现场施工条件受限需要变动，必须经设计部门同意后方可变动，同时根据现场变化情况修改单孔设计施工通知单。２、由于所设计的终孔孔位于采空区，不能进行实地控制，可能与实际高差存在差异。故存在设计钻孔距离与实际钻眼终孔距离不符，所以在钻进距离剩余30m到达积水线时，必须通知地测部，现场核定钻距。机电队必须进一步检查和完善排、放水等安全设施后，方可允许进行钻进。在距透水位置10m时停止钻进，汇报调度及总工程师。3、透水前必须由矿总工程师组织调度、技术部、安检部、地测防治水部、通风区、机电部等部门管理人员到现场确认和安全检查，做好放水前的各项准备工作后，由总工程师现场指挥，钻进放水。透水后进行下杆，必须听从专人指挥,依次下杆。若透孔后有大量有害气体涌出，施工人员应立即撤至上风侧，采取措施后再撤出钻杆关闭水门。4、套管的最前一节的前端必须开出返浆孔。5、在施工过程中必须按规定及时准确丈量钻具的长度，认真做好现场小班记录，记录要符合“及时、准确、完整、清晰”的要求。施工队组必须指定专人记录钻孔进度,每班必须向调度，地测防治水部，安监部汇报。6、为确保施工人员的安全，孔口必须安装防突水装置，做到钻孔突水时可以控制。7、施工过程中要认真执行钻孔防斜措施。8、施工过程中若钻孔突然发生突水，必须停止钻进，严禁撤出钻杆，及时撤离现场作业人员至安全地点后，立即向调度指挥中心汇报，并及时通知排水机电队，启动排水系统进行排水，并详细记录钻孔的深度，出水层位置，测出水温、水压、水量等。并将详细情况及时汇报地测防治水部。9、在穿越煤层时，现场必须有专职瓦斯员检测瓦斯。10、注浆材料用Ｐ.042.5级水泥注浆。11、水泥浆比重：先期以稀浆为主，即水泥比例以1:1.2—1.3为宜，如果裂隙发育，注浆量很大时，可采用1:1.4—1.5水泥浆注浆。12、钻孔竣工后安装压力表、流量计，压力表、流量计的量程必须与实际水压、水量相匹配。七、钻孔施工安全技术措施（一）准备工作１、钻探设备入井前要经过认真详细检修保养，确保钻探设备始终处于良好的状态，严禁设备带病下井。２、钻探设备转动部分要安装防护罩，防止转动部分绞住施工人员的衣物和随身物品伤人。３、检查钻杆、丝扣岩心管、螺丝头、变异接头、接箍等磨损是否超限，钻杆是否弯曲，钻（杆）具是否有微小裂隙，水泵和注浆泵的钢套、柱塞、密封圈、钢球、钢座是否完好。４、根据设计要求带足钻探工程所需的器材、工具等。５、开钻前必须保证钻机至孔口有足够的距离安装高压闸阀。６、电工要到现场查看电源接口的位置，电缆吊挂位置。７、施工班长要到现场查看风水管路接口的位置，确定高压管的长度。（二）、设备运输工作１、下井前，钻探设备必须经公司设备组防爆性能检查，防爆检验合格后，并帖防爆合格证后，方可允许下井。２、地面用吊车装设备时，设备下及周围严禁有人。３、钻探设备在平板车上运输时，必须捆绑结实，不得超长、超宽、超高、超重、重心偏移。４、设备解体分装、分运时，应采取特殊保护措施，保护好油管接头，操作阀、离合器操纵杆、液压缸柱塞、压力表等易损部件。
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