庚超前探水设计方案.docx

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庚超前探水设计方案

庚20-21050掘进工作面防治水设计

一、简况：

庚20-21050掘进工作面位于二水平庚一采区东翼南部，东到一矿工业广场煤柱线，西到庚一皮带下山，南邻庚20-21030采空区，根据庚20-21030采面、剖面图分析，老空积水面积73576m2，积水量44145m3，最大水头29m。

北隔一区段与庚20-21090采面相邻，东南上部为一矿己组水仓。

地面位于落凫山东段，石油公司西北约500m处，地面无建筑物。

风巷走向长975m，机巷走向长924m，该工作面在庚20煤层内施工，顶板为L6石灰岩，厚4.2m；底板为灰色砂质泥岩，厚1.7m。

该掘进工作面地质构造以断层为主，受构造影响局部有起伏，局部顶板有裂隙，裂隙可能涌水。

目前庚一各观测孔水位如下：

庚20-21090风巷西观测孔水位：

-416.5m；庚一皮带下山观测孔水位：

-388.5m。

水位取最高值，以庚一皮带下山观测孔水位：

-388.5m为庚一采区寒武系灰岩水位。

推测该面风巷标高-380～-401m，机巷标高-409～-421m。

该面机巷、切眼底板寒武系灰岩最大水压为0.325MPa，风巷水压为0MPa。

庚20-21030掘进时最大涌水量25m3/h，采煤时最大涌水量40m3/h；庚20-21090掘进时最大涌水量15m3/h，根据庚20-21030及庚20-21090工作面在采煤及开采后的涌水量分析，预计庚20-21050在掘进期间正常涌水量25-30m3/h，最大涌水量为60m3/h。

-500水仓仓容3000m3，排水能力520m3/h，满足排水要求。

二、庚20-21050掘进工作面安全掘进分析

1、掘进巷道底板隔水层安全水压的计算

（1）计算公式

p=

2kp

+γt

式中：

p——底板隔水层能承受的安全水压，

t——隔水层厚度，

L——巷道宽度，

Kp——底板岩石抗拉强度，

γ——底板隔水层的平均重度，

<2）计算参数的选取和换算

①庚20煤层底板隔水层厚度，即庚20煤层底板至寒武系灰岩顶面厚度15.3～42.84m，平均21.6m。

本设计采用最小值15.3m<数据采集：

庚20-21050工作面附近揭露的钻孔）。

②巷道宽度，L取4.6m；

③底板岩石抗拉强度，依据煤层底板岩石物理力学性质测试结果，岩石的抗张强度，取平均值1.5MPa<二矿地质报告）。

④底板隔水层的平均重度γ，庚20煤层底板0.0224MN/m3<实测）。

（2）计算结果

p=2×1.5×

＋0.224×15.3=33.53MPa

依据上述公式及所确定的各项参数，计算得出底板隔水层能承受的安全水压为33.53MPa。

<4）计算结果分析

依据庚一采区寒武系灰岩水位-388.5m,机巷实际水压最大值为0.325MPa，小于计算值33.53MPa。

计算得底板隔水层能承受的水压大于实际底板隔水层承受的水压，在正常情况下掘进是安全的。

2、掘进巷道安全隔水层厚度的计算

<1）、计算公式

式中t--安全隔水层厚度，m；

L--巷道底板宽度，m；

--底板隔水层的平均重度，MN/m3；

Kp--底板隔水层的平均抗拉强度，MPa；

p--底板隔水层承受的水头压力，MPa。

<2）、计算参数的选取和换算

①.巷道底板宽度，L取4.6m；

②.底板隔水层的平均重度：

庚20煤层底板0.0224MN/m3<实测）。

③.底板岩石抗拉强度，依据煤层底板岩石物理力学性质测试结果，岩石的抗张强度，取平均值1.5MPa<地质报告）。

④.底板隔水层承受的水头压力0.325MPa。

<3）、计算结果

=1.437

依据上述公式及所确定的各项参数，计算得出掘进巷道安全隔水层厚度为1.437m。

<4）、计算结果分析

庚20-21050掘进工作面庚20煤层底板隔水层最小厚度为15.3m，大于计算得出掘进巷道安全隔水层厚度1.437m。

在正常情况下掘进是安全的。

3、掘进巷道突水系数的计算

<1）、计算公式

式中Ｔ--突水系数，MPa/m；

p--底板隔水层承受的水压，MPa；

M--底板隔水层厚度，m。

<2）、计算参数的选取和换算

①.底板隔水层承受的水压0.325MPa；

②.底板隔水层厚度15.3m。

<3）、计算结果

=0.02124

庚20-21050突水系数0.02124MPa/m。

<4）、计算结果分析

庚20-21050突水系数0.021MPa/m，小于0.06MPa/m<《煤矿防治水规定》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0.1MPa/m。

），在正常情况下掘进是安全的。

4、根据该面四邻及上、下水文地质情况分析：

风巷东段上部一矿己组水仓充水约13800m3/h，和庚20煤顶板层间距约69m，庚20-21030采煤已泄水，分析基本无威胁，掘进到此处时加强顶板和迎掌水文观测；庚20-21050风巷底板已遭受庚20-21030采煤时破坏泄水，由于风巷底板寒武系水压为0MPa，风巷主要受庚20-21030老空水威胁，必须探放老空水。

切眼处31—11钻孔距上部水仓近，封孔不详，偏斜不详，需在距钻孔20m前查清，采取措施。

根据以上底板隔水层安全水压的计算、安全隔水层厚度的计算、突水系数的计算，机巷和切眼正常掘进情况下是安全的。

为了防止断层裂隙或岩溶裂隙导水，保证施工安全，机巷从开口至300m处执行全过程钻探；300m后执行物探先行、钻探验证；切眼必须采用下山施工，执行全过程钻探。

三、管路、供电及排水设备

⑴、风、机巷每掘进300m左右，需在低洼处做一个水仓<容积不小于15m3<长×宽×深，5×3×1m深是底板以下1m）。

⑵、水泵型号：

2台IS100—65—250水泵，单泵排水量100m3/h，扬程80m，配电机37Kw。

⑶、风、机巷均安装2趟4吋专用排水管路，排水设备必须跟上施工进度。

⑷、依据排水量及排水路线，每个水仓处安装水泵2台，一台工作，一台备用，分别连接到2趟4吋排水管上，必须保持排水设备完好。

⑸风机巷供电线路：

风、机巷均采用专用供电线路，机巷两趟专线、风巷一趟专线和一趟普通线路，保证每个水仓排水设备能随时切换电源。

⑹排水线路：

①风巷、切眼→庚20-21050风巷→庚一皮带下山水沟→庚一中部水仓。

②机巷→庚20-21050机巷→庚一皮带下山水沟→庚一中部水仓。

四、超前探放水设计

㈠、庚20-21050机巷、切眼施工超前距的选取

按照《煤矿防治水规定》超前距的留设，采用以下公式计算：

L----超前距的长度

K----安全系数<一般取2—5）；

M----煤层厚度或采高

P----底板含水层水压

Kp----煤的抗张强度

庚20-21050机巷、切眼计算时K取3.5，煤层厚度1.85m<巷道高2.6m），水头压力3.25kgf/cm2，煤层的抗张强度取值8.5kgf/cm2，计算出超前距。

机巷、切眼：

L=0.5×3.5×2.6×

=4.87m

计算分析：

计算得出超前距为5m。

为了保证掘进的安全，机巷及切眼施工执行10m超前距，切眼必须采用下山施工。

㈡、物探

1、物探范围：

机巷开口300m后至切眼。

2、由于YDZ（A>直流电法仪使用的局限性，开始施工先用钻探，施工长度达300m时再进行直流电法仪超前循环探测，探测距离60m，如果没有发现富水异常区，可以向前掘进施工50m；探测发现富水异常区，则在距离富水异常区10m处开始用探放水钻机进行超前钻探验证。

如果钻孔涌水量小于10m3/h，并无其它异常时可以向前施工，直至越过富水异常区，但要密切注意巷道顶底板的变化情况；如果钻孔涌水量大于10m3/h，需要对富水异常区进行疏水降压或底板注浆加固，直至钻孔涌水量小于10m3/h时方可向前掘进。

㈢、钻探

1、钻探范围：

机巷前300m、物探异常区、切眼以及物探不能采集数据地段。

2、超前探水钻机、钻孔设计及钻孔参数：

采用ZK-75型探水钻机进行超前钻探，超前探水距离正前方钻孔为20m，向两帮探测距离21m，每次施工必须保持10m超前距，循环进行超前探水。

孔号

方位角°

倾角°

孔径mm

孔深m

1

沿机巷<切眼）方向南偏27°

平行煤层顶板

44

21

2

切眼方向

沿切眼倾角

44

20

3

沿机巷<切眼）方向南偏27°

平行煤层顶板

44

21

3、孔口测压装置设计及安装要求

①.孔口管采用89mm钢管，长度5m。

②.测压装置设计详见测压装置示意图。

③.钻孔钻进5m后停止钻进，扩孔，扩孔时孔要扩直，出净虚渣。

④.采用混凝土封堵，为防止注浆时堵住空气，加注前应在孔内插入塑料管，以排出空气。

⑤.封孔完毕后，准备扫孔试压，其间隔不少于24小时。

⑥.扫完孔后，装好试压装置，随即进行耐压实验，试压耐压值不小于0.5MPa，耐压时间不小于30分钟，合格后方可打钻探水，否则必须从新施工直到合格。

4、探放水点排水设施及供电

①.排水线路：

探、放水点→庚20-21050机巷巷→庚一皮带下山排水沟→庚一中部水仓。

②打钻前，应先在探水点附近低洼处掘好水仓或水窝，机巷水仓应设在机巷上帮一侧，且在附近相对低洼处，减小下个工作面风巷掘进时老空水威胁。

③.水泵排水能力不小于100m3/h，扬程不小于50m。

④每个探放水点泵窝、水仓处均安装水泵2台，一台工作，一台备用，配套电机37kw，分别连接到2趟4吋排水管上。

⑤探、放水点采用2趟专用供电线路，保证随时切换可用。

㈣、探放老空水

本设计对庚20-21050风巷南帮进行探放老空水，解除水害威胁。

1、根据庚20-21030采面、剖面图分析，老空积水面积73576m2，积水量44145m3，最大水头29m。

由于庚20-21050风巷和原庚20-21030机巷之间设计煤柱约6m，庚20-21030机巷在下帮有7个水仓，最深达5m。

庚20-21030机巷有9条斜交断层。

风巷开始掘进就开始进行探放老空水，利用现有巷道作为探放老空水钻场。

2、钻机型号

煤矿用岩石电钻，型号：

KHYD140DLAB型，电机功率：

5.5KW。

3、钻孔设计

根据庚20-21030机巷剖面和庚20-21050风巷具体情况，设计30组钻孔，每组不少于2个钻孔，孔深6.5m，孔间距不得小于3m，共计60个钻孔，孔径56mm。

钻孔与风巷垂直。

除此外，掘进时侧上帮、顶板、如出现滴、淋、渗水现象，立即停止掘进，执行探、放水。

从第一个探放水孔开始，经确认探放水完毕，允许施工后方可向前施工。

以后标高每下降1m，布置钻孔一组，循环往前进行探放庚20-21030老空水，直至老空水被放完。

4、单孔设计

各孔均布置在庚20煤层中，开孔孔径选用直径96mm的钻头钻进，钻2.7m时，停止钻进，下入直径89mm长2.5m的孔口管。

孔口管安装阀门，采用缠布打入、锚杆加固的方法，孔口处用混凝土封堵。

第一个钻孔仰角需根据孔口处顶板仰角确定，实际仰角应比该孔口处顶板仰角大8°,孔口位置距离顶板1.2ｍ，透口距庚20-21030机巷顶板约0.40m。

第二个钻孔仰角根据现场情况确定，透口距庚20-21030机巷底板板约0.40m

5、探放老空水点排水设施

①.排水线路：

探水点→就近风巷水仓→庚一皮带下山排水沟→庚一中部水仓。

②打钻前，应先在探水点附近低洼处掘好水仓或水窝，风巷水仓应设在风巷下帮一侧，且在相对低洼处。

③.水泵排水能力不小于100m3/h，扬程不小于50m。

④每个探放水点泵窝、水仓处均安装水泵2台，一台工作，一台备用，配套电机37kw，分别连接到2趟4吋排水管上。

⑤探、放水点采用1趟专用供电线路和一趟普通线路，保证随时切换可用。

五、超前探和探放老空水安全技术要求

1.由地测部门负责给定探、放水位置、钻孔方位和倾角，确认老空水疏放效果，确定允许掘进距离及下次探老放空水位置。

2.钻孔位置应布置在煤层稳定、无断裂构造的位置，钻场10m范围加强支护，符合通风安全技术规定。

3.打钻前，应先在探、放水点附近低洼处掘好水仓或水窝。

4.打钻前，施工单位必须编制打钻安全技术措施，经审批后方可施工

5.打钻地点应设专用电话。

6.施工地点所有人员应熟知探放水目的和要求，掌握操作规程、施工安全技术措施和避灾路线。

7.探水前，排水设备完好到位，且进行试运转，达到要求后方可探水。

8.探水前应安装好阀门，阀门控制灵活可靠，阀门抗压强度不小于0.5MPa。

9.超前探钻孔试压值不得小于0.5MPa，耐压时间不小于30分钟。

10.探水前的准备工作做好后，由安检部门组织有关单位检查验收，达到要求后方可打钻探水。

11.打钻探水时，应派专职瓦检员到现场检查瓦斯及有害气体。

12.保持探水孔畅通，必要时用钻机透孔。

13.排水过程中应健全排放制度，排水人员要有专人负责，现场交接班，保证正常、快速、高效排放。

14.探放老空水标高严格执行设计。

以上物探、钻探及探放老空水安全技术要求必须严格执行。

保证庚20-21050掘进工作面施工的安全。

六、避灾路线

机巷避灾路线:

机巷探水点<迎掌）→机巷→庚一皮带下山→猴车乘人系统→地面；

风巷避灾路线:

风巷探水点<迎掌）→风巷→庚一皮带下山→猴车乘人系统→地面；

切眼避灾路线:

切眼探水点<迎掌）→风巷→庚一皮带下山→猴车乘人系统→地面；

七、图件

1.庚20-21050掘进工作面机巷、切眼超前探设计图

2.探水孔及测压装置示意图

3.探放老空水单孔设计示意图

4.探放水位置平面、剖面对照图