煤矿工作面防治水工程设计

1、河北金牛能源股份有限公司邢台矿51105工作面防治水工程设计 编制单位：地测科 编制： 审核： 科 长： 总工程师：2009年5月25日河北金牛能源股份有限公司邢台矿51105工作面防治水工程设计前言51105工作面为十一采区5#煤首采工作面，设计沿煤层走向布置，工作面推进长度1597m，面长100m，煤层底板标高在70120米之间。拟采用综采开采方法，顶板管理为全部垮落法。工作面两条巷道均沿煤层掘进。一、 工作面概况51105工作面为51100采区冲积层下5号煤首采面，井下位于西风井南部，北到51100运输上山，南以F12断层防水煤柱线为界，西到F32断层，东以f511-13断层为界。设计工

2、作面沿煤层走向布置，工作面推进长度1597m，面长100m，煤层厚度在1.63-1.91米之间，平均1.77米，基岩厚度25-70煤层底板标高在70120米之间。拟采用综采开采方法，顶板管理为全部垮落法。工作面两条巷道均沿煤层掘进。米。二、 水文地质条件简介51105工作面水文地质条件比较复杂，工作面开采受上部野青灰岩及底砾含水层的影响，下部受隐伏含水构造威胁。5号煤层上距野青灰岩含水层8-12米，距冲积层底砾含水层25-70米， 5号煤到大青灰岩含水层的隔水层厚度为65-72米，附近0802、8309、奥3钻孔资料显示，该地区没有伏青灰岩含水层存在。在51100运输上山施工大青4号放水孔时，

3、钻进到62.5米出水，出水量256 m3/h，附近0802钻孔资料分析孔底距大青灰岩含水层还有8.3米，通过取水样化验分析大青4号钻孔出水为奥灰水，目前51105运输巷底板潮湿且有浸水，在迎头施工超前探测孔2个，孔1方位N163O孔深227米水量7.2m3/h，孔2方位N181O孔深222米水量55m3/h，终孔层位均控制在5煤底板下30米以内，取水样分析结果表明钻孔出水为灰岩、砂岩混合水。钻探结果说明51105运输巷前方可能存在隐伏导含水构造。根据公司规定51105工作面掘进时，必须采取钻探、物探相结合的综合防治水措施，预防巷道前方构造突水及5#煤底板隐伏构造水威胁，确保工作面掘进安全。根据

4、首采工作面水文情况及该区地层、构造等水文地质特征分析，51105工作面回采过程中直接充水水源为5#煤层底板下局部伏青灰岩、底板砂岩含水层水和顶板野青青灰岩含水层，其中底板砂岩含水层由于厚度较大（8-10m平均9m），根据钻孔揭露情况，局部富水性极强，因此，需要针对底板砂岩含水层的特点采取防治水措施。此外，由于下部砂岩与大青灰岩含水层之间隔水层厚度局部存在水力联系，因此奥陶系灰岩含水层、大青灰岩含水层可能成为工作面的间接充水含水层。主要的充水通道为导水断层、导水裂隙带以及采煤引起的底板导水裂隙和顶板冒落导水裂隙。因此，在工作面掘进和回采过程中，必须加强顶板野青灰岩含水层的合理受控疏放和底板砂岩水

5、、灰岩水的综合防治。1. 设计目的和任务为了确保51105工作面的安全开采，在系统分析葛泉矿东井试采区地质、水文地质条件和总结1192工作面掘进和回采过程中防治水经验的基础上，编制本设计。设计内容主要包括以下几个方面：（1）、工作面巷道掘进阶段顶、底板及边界断层水害防治工程设计；（2）、工作面回采之前底板导水构造探查及底板注浆加固改造工程设计；（3）、工作面回采过程突水监测工程设计；本设计的目的在于：（1）、作为防治水工程措施（疏降、注浆堵水、加固改造、排水及配套工程）施工组织设计的技术依据；（2）、作为主体防治水工程方案的技术操作、工程量、工期和费用编制的依据；（3）、根据工作面掘进实际情况

6、和前期探查情况，适时调整措施方法及工程量获得常规开采的安全保障与效率保证。2. 1194工作面防治水工作技术路线1194工作面防治水工作分3个阶段进行，即巷道掘进阶段、工作面回采前、工作面回采阶段。各个阶段的具体任务各有侧重，详见下图所示：1194工作面防治水工作技术路线框图3. 1194工作面防治水工程设计 根据首采工作面防治水经验，遵循“预防为主，有疑必探，探治结合，探采结合，先探后掘，先治后采”的原则。工作面巷道掘进阶段防治水工作的中心任务是对掘进头前方煤层底板导水构造的探查与治理；工作面回采之前的重点工作是对工作面底板导水裂隙带的探查与治理，对底板隔水层与本溪灰岩含水层的全面注浆改造应

7、该在全面探查的基础上有的防矢的进行，9#煤底板加固与本溪灰岩注浆改造的重点应该放在相对富水和导水构造发育的区段；工作面回采过程中，除了进行常规的水文地质监测外，还应该对相对薄弱区段进行突水监测与预测预报。4. 1194工作面巷道掘进阶段防治工程设计4.1 底板导水构造及本溪灰岩探查与治理工程设计工作面巷道掘进期间，对掘进头前方煤层底板导水构造的探查是防治水工作的重点。巷道掘进时，首先采用直流电法超前探测技术，对掘进头前方进行超前探测，若发现低阻异常区（视电阻率小于60.m），则进行背景场改变条件下的二次探测，二次探测未发现相同位置存在异常时巷道继续掘进，二次探测如发现巷道前方相同位置处仍存在低

8、阻异常时，立即停止掘进采用钻探手段进行探查验证。对钻探验证查明的导水构造，采用注浆加固的方式进行治理，处理后方可继续掘进；若掘进头前方未发现低阻异常区，则采用风动钻沿煤层打超前探构造孔，超前探构造孔终孔位置为下一次物探起始点位置，探构造孔发现地质异常时采用钻探方法查明情况。物探、钻探超前距必须保证20m。运料巷掘成后采用瞬变电磁探测技术（测向探测距离约130m）对工作面侧进行探测，发现异常进行钻探验证。对确认的垂向导水构造进行注浆加固，防止巷道滞后突水。对掘进头前方及已掘巷道直流电法勘探的过程，也是对煤层底板下伏本溪灰岩含水层富水性特征的探查研究过程。4. 2 低阻异常区钻探验证工程设计、单孔

9、结构设计物探异常区探查孔由108mm孔口管、89mm止水套管、裸孔75mm组成。裸孔出水段长度和探放水孔倾角及孔口管长度在符合相关规程的基础上，因钻孔位置、物探异常区范围以及初见水量大小而不同。由于探查孔兼作本溪灰岩注浆加固改造孔，因此，终孔层位为进入本溪灰岩底板下2m。、钻孔布置低阻异常区探查孔的布置关键在于探水线的选择，探查孔起探距离不小于20 m ，一般情况下选择在煤层底板布置2个下斜钻孔，根据物探异常区与待掘巷道的位置关系选择钻孔方位，同时兼顾对本溪灰岩含水层的探查。4. 3 顶板大青灰岩水疏放工程设计工作面掘进过程中，根据顶板滴淋水情况每隔100-150m施工一个大青灰岩放水孔，查明

10、大青灰岩水文条件及与9#煤层间距。4. 4 SF2断层的探查与注浆加固结合地震勘探成果及1192工作面实际揭露资料，预计1194工作面切眼附近存在SF2（H=09.8m，75）断层。该断层在1192运输巷揭露时未发现导水现象，延展到1194工作面落差有可能增大。为防止1194工作面段断层导水，当巷道掘进至该断层附近时，首先采用直流电法超前探测技术对该断层进行探测，初步确定断层位置，再采用钻探探查其落差和水文情况。此后进行注浆加固。4. 5 1194工作面底板注浆加固工程设计 一、工作面概况位置及邻区采掘情况1194工作面位于西翼运输大巷至SF2断层之间，与东井1192首采工作面仅一面之隔。工作

11、面长（m）74推进长度（m）256面积（m2）18944工业储量（t）154333煤层情况厚度（m）5.68结构复杂坚固性系数（f）1.15稳定程度稳定顶底板情况煤层直接顶板有时为中细粒沙岩，灰白色，厚7.5m左右。多数情况下为粉砂岩，灰色、深灰色，粒度较均一，含菱铁质条带及菱铁质结核，泥硅质胶结，局部裂隙及层面发育，夹厚度在0.5-1.0的薄层粉砂岩。有时煤层顶板上0.9-1.2m处发育一层厚0.1m的煤线，9#煤至大青间距约8-18.5m。底板为粉砂岩，上部含铝土质，厚3-5m左右，泥质胶结。老底为中细粒砂岩，上部泥质胶结，下部泥硅质胶结，较坚硬。9#煤底距本溪灰岩顶间距约17.5-22m

12、，局部地段可能有变薄现象。二、地质构造煤层产状走向80-90倾向170-180倾角1117/14简述工作面切眼附近存在SF2断层，该断层带注浆时吃浆量较大。根据1192及西翼运输大巷揭露的地质资料分析，煤层底板主要断裂构造方向为35左右，工作面上部（-70以上）本溪灰岩裂隙溶洞发育，注浆时相对容易，下部注浆相对困难。主要断层情况表编号倾向走向倾角性质落差（m）控制情况SF255-70325-34050正断层09.8较可靠三、水文地质条件分析含水层名称本溪灰岩含水层厚度（m）8-10工作面标高（m）-125-55隔水层厚度（m）18采矿破坏深度（m）10水位（m）+40隔水层底板水压（MPa）0

13、.95-1.65突水系数（MPa/m）0.12-0.22含水层富水性较强邻区简易水文情况该范围1192工作面正在试采，工作面所施工本溪灰岩注浆孔单孔最小涌水量40-50m3/h,最大涌水量200m3/h,单孔平均涌水量80-90m3/h,单孔最大水泥注入量2460 t。设计工作面东北侧的92Y2-3、92Y5-3孔水质化验接近奥灰水，说明该范围存在奥灰水补给；另外注浆过程中发生过底板漏浆或钻孔串浆现象。通过钻探资料分析，一定范围内本溪灰岩含水层顶部、10#煤下部存在风化裂隙溶洞，钻探过程中易发生掉钻现象，钻孔涌水时水色浑黄，往往冲出大量铁质氧化物或石灰岩风化物、疑似生物焦碎块等。简要分析地面瞬

14、变电磁资料显示，该工作面范围内未发现富水异常区及陷落柱异常特征。另通过补33孔、1192地质资料分析，9#煤底板至本溪灰岩含水层间距约为14-22m，平均约为18m，基本正常。该工作面最低标高为-125m，隔水层底板承受的最大水头压力为1.65MPa，底板裂隙比较发育，裂隙方向一般为30-35。本溪灰岩承压含水层在该范围内存在原始导高，裂隙发育段可直接达到9#煤底。本溪灰岩至奥灰间距为8.08-16.68m，平均13m。工作面范围内水文地质条件比较复杂，本溪灰岩富水性较强，存在奥灰垂向补给现象。因此，需要进行9#煤底板注浆加固及本溪灰岩改造。四、钻探工程设计设计原则1、注浆钻孔沿垂直裂隙方向布

15、置，工作面两巷外侧10m处各布置一条注浆钻孔控制线，工作面内平均分配布置5条注浆钻孔控制线。对本溪灰岩富水性较强的地段或断层附近加密布置注浆钻孔。工作面共布置注浆钻孔72个，其中1194工作面注浆钻孔57个。另外设计注浆效果检查孔9个（15%），共66孔。钻探工程量约4390m。2、检查孔根据工作面音频电透视探测成果、水文地质条件及钻探注浆等综合情况布置。（见1194工作面设计施工注浆钻孔一览表 表1、表2）3、根据钻探、水文变化情况可临时决定增加注浆钻孔。钻孔结构所有钻孔止水套管安装至煤层底板下垂深10m处。穿巷孔、探异常区钻孔必须下两级套管，第一径108mm孔口管至煤底下垂深6m，第二径8

16、9mm止水套管下至煤层底板垂深10m。所有钻孔裸孔75mm至终孔。由于工作面下部原始导高大，第一径管可灵活掌握，遇钻孔出水水压较大时经地测部同意后可提前下管。技术要求1、每个钻孔施工前由地测部提供“钻孔单孔设计”，施工单位要按设计进行施工，钻探与设计出入较大或遇钻孔发生事故时及时通知地测部，以便及时调整或变更设计。2、每个钻窝内有一个孔要求在9#煤底板铝土质粉砂岩、中细砂岩、本溪灰岩顶板、本溪灰岩及底板做判层取芯。3、钻探过程中，详细记录岩性变化、钻孔初见水段。见水后每钻进5-6m观测一次水量、水压及水温，初见水及终孔各取水样一份送交地测部。4、钻探记录要清晰准确，及时将钻探层位、孔深、水文等

17、情况向地测部及调度室汇报。下管段、煤层、标志层、见水段必须严格孔深丈量，误差不超过1%，终孔孔深以验收为准。5、止水套管安装后凝固48小时（采用先进可靠的封孔技术固定止水套管除外），并按规程进行注水耐压试验，试验压力达到孔口水压的2.5-3倍。达到设计要求后可恢复钻进。钻探施工时，必须安装抗压强度相匹配的孔口阀门、高压防喷装置和高精度压力表，并备好施工钻孔所需的各种管材、备用件等。安装套管、耐压试验时及时通知地测部现场监督。6、钻孔终孔后，放净孔内岩粉、碎石，以水量稳定、水清无杂物为标准，并及时通知地测部组织验收，由验收人员填写验收单，签字后交由地测部保存，验收合格后予以结算。施工顺序 按钻孔

18、施工设计通知单要求施工。五、注浆改造设计注浆方法1、利用地面注浆站造浆系统进行造浆，由泥浆泵、注浆管路将浆液注入待注浆钻孔内，注浆采用连续注浆方式。2、利用井上造浆，井下高压注浆系统注浆。注浆设备NL-12型制浆机、旋流器、水泥计量添加器、搅拌机、NBB-260/7型泥浆泵；井下2TGZ-60/210高压注浆泵注浆材料1、主要材料：标号425#散装水泥。2、辅助材料：遇单孔涌水量大、试注吃浆量大时可选择性采用矿渣水泥、粉煤灰、粘土等。注浆参数浆液配比应遵循由稀到浓的原则，逐级改变，结束时又略变稀。初始水灰比一般控制在1：0.4以下（比重1.2），压力稳定后可将水灰比逐渐提高，临近结束时调回初始

19、水灰比。单孔注浆结束标准：注浆泵最低档泵量35L/min，孔口注浆压力达到孔口水压的3倍+1.5MPa时可结束钻孔注浆。井下2TGZ-60/210高压注浆泵注浆时以通知单要求为准。注浆效果检查检查孔水量不大于10m3/h，说明注浆效果较好，否则作为注浆孔进行补注浆，然后重新施工检查孔，直至达到检查标准。工作面所有残留水钻孔必须进行封孔处理，以不流水为标准。注浆顺序 届时由地测部下达钻孔注浆通知单，施工单位根据通知单要求的钻孔注浆顺序进行注浆。技术要求1、接到注浆施工通知单后，按要求编制作业规程，并贯彻到每个施工人员。2、注浆设备必须挂牌管理，明确落实责任，保证设备连续正常运转；比重秤、井上下压

20、力表要灵敏可靠，放浆闸阀开关灵活3、注浆前要对所注钻孔充分放水，并观测涌水量和孔内是否有喷块，如有喷块必须延长放水时间，直至孔内无杂物喷出时，然后观测水温、水压。观测水压要用0.4级高精密压力表，注浆时选用1.5级抗震压力表。注浆前备好备用孔口高压水门及压力表。4、注浆前首先对注浆管路进行通水试验，检查泵流量是否正常、管路是否堵塞，如泵压较大（5档大于1Mpa）、泵流量较小（5档小于13m3/h），表示管内堵塞，应从上往下每隔一段拆开检查处理，直至恢复正常。5、通水试验结束后进行管路注水耐压试验，试验前对所有连接螺丝重新紧固，试验时派专人巡视管路。发现管路跑水或刺垫时，立即通知注浆站停止注水并

21、进行处理。处理后继续耐压试验，试验压力达到7Mpa，稳定时间达到30min视为达到试验要求。6、耐压试验结束后，打开孔口阀门进行压水试验40-60min，冲洗裂隙并观测孔口压力变化情况，待压力正常时方可进行注浆。7、注浆过程中底板、煤壁出现串浆现象时可采取间歇式注浆方法，巷道漏浆量较大采用间歇注浆无效时采取注入添加料方法处理。注浆时每半小时向调度室汇报一次井上下注浆情况，发现异常随时汇报。8、孔口注浆压力接近设计终压时，及时通知注浆站停止造浆，地面注浆站应做好随时停止注浆准备，注浆达到设计要求后压清水10-15min结束注浆，然后关闭孔口阀门结束注浆或转移下一个注浆孔。9、所有钻孔根据水量情况

22、设计在本溪灰岩顶上5m进行9#煤底板注浆加固，水量大于10m3/h时及时进行注浆。10、详细记录钻孔注浆深度、注浆时间、浆液配比、注浆量、注浆压力等情况。注浆小班记录、孔口压力观测记录及小班总结严格按统一格式填写，内容齐全，填写及时，字迹清楚，准确可靠，无涂改，无少填、漏填。每班及时汇报注浆动态，遇情况随时汇报调度室、地测部。钻窝孔号方位()()倾角()()开孔层位终孔层位设计孔深(m)(m)1#钻窝94Y1-1325-159#煤底板本溪灰岩底板下2m6094Y1-2351-305594Y1-3295-236094Y1-4295-244094Y1-590-445094Y1-6260-32559

23、4Y1-7267-247094Y1-814-38402#94Y2-1325-156594Y2-2351-305594Y2-3295-236094Y2-4295-254094Y2-585-385594Y2-6260-325594Y2-7267-25703#94Y3-1325-166094Y3-2351-315594Y3-3295-246094Y3-4295-254094Y3-585-36554#94Y4-1325-176094Y4-2351-315594Y4-3295-256094Y4-4295-274094Y4-585-36555#94Y5-1325-176094Y5-2351-316094Y

24、5-3295-256594Y5-4295-274594Y5-585-36556#94Y6-1325-176094Y6-2351-315594Y6-3295-256094Y6-4295-274594Y6-585-35557#94Y7-1325-176094Y7-2351-305594Y7-3295-256094Y7-4295-274594Y7-585-35558#94Y8-1325-176094Y8-2251-286594Y8-3295-256094Y8-4295-254594Y8-585-3555合计45孔24901194运输巷设计施工注浆钻孔一览表 表11194运料巷设计施工注浆钻孔一览表

25、表2钻窝孔号方位()倾角()开孔层位终孔层位设计孔深(m)1#94L1-1343-89#煤底板本溪灰岩底板下2m6594L1-2310-364094L1-3302-205094L1-4358-125594L1-5252-45402#94L2-1343-96594L2-2310-364094L2-3302-205094L2-4358-12553#94L3-1343-126594L3-2310-374094L3-3302-215094L3-4358-13554#94L4-1343-136594L4-2310-384094L4-3302-225594L4-4358-13605#94L5-1343-1

26、56594L5-2310-384594L5-3302-225594L5-4358-13606#6#94L6-1343-157094L6-2310-384594L6-3302-225594L6-4358-1460迎头94L7-1348-285094L7-2307-3055合计27孔1450*设计9个注浆效果检查孔，预计工程量450m，预计工作面施工注浆孔和检查孔81个，总钻探工程量约4390m。见附图：1194工作面底板注浆加固设计图六、底板注浆加固费用概算项 目单位规格数量单价（元）金额（万元）备 注1、钻孔m终孔75mm4390500219.5包括检查孔9个（450m）2、钻孔材料费套管材、高压阀门81400032.4包括安装费3、注浆水泥t425#散8100210170100t/孔4、注浆费