11111工作面底板加固工程施工设计.docx

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11111工作面底板加固工程施工设计

神火集团煤电公司

梁北矿11111工作面底板加固工程

施工设计

编制日期：

2006年6月

11111工作面底板加固工程施工设计

一、工作面概况

11111工作面位于11采区上山第二水平东翼，走向长1525m，平均倾斜宽147m，东11采区东部边界，西至11回风上山保护煤柱，北临11091工作面（现没有开采），南临11131工作面（现没有开采），所采煤层为二1煤。

二、工作面地质与水文地质条件

1、地质构造

工作面上下顺槽和切眼均沿煤层顶板布置，上顺槽顶板标高为-407m～432m，下顺槽顶板标高为-439m～-470m。

工作面垂深550m～590m。

该工作面西部二1煤层赋存比较稳定，地质构造相对比较简单，局部有夹矸，中、东部产状有变化，走向104°—89°，单斜构造，煤层倾角11°30/～12°30/，煤层倾角变化不大。

上下顺槽形成两边低中间高的背斜构造，没有其它地质构造。

2、主要含水层

该工作面直接含水层有二1煤层顶板（B4）砂岩裂隙含水层和底板太原组石灰岩裂隙岩溶含水层，寒武系灰岩裂隙岩溶含水层为间接充水含水层。

二1煤层顶板直接充水含水层为大占砂岩，厚12.45m，下距二1煤层5.41～22m，勘探时期水位标高+118.53～+129.82m，q=0.00043～0.0885升/秒.米，属弱含水层。

掘进过程中有滴淋水现象，总水量3-5m3/h,回采期间随着顶板冒落，水量可能有增大趋势。

太原组地层在二1煤层以下，总厚59.4m，含灰岩7层，总厚26.31m，占44.29%,其中L8灰岩平均厚3.28m，上距二1煤层底板20.77m,L7灰岩平均厚5.88m,上距二1煤层底板28.5m。

据勘探和井下底板注浆加固钻孔资料，该含水层富水性极弱，涌水量5m3/h左右,对开采威胁不大。

寒武系灰岩裂隙岩溶含水层，上距二1煤层底板70m，虽为间接含水层，但因其水压高（3.0Mpa）、煤层底板导水裂隙发育，采用大采高采煤法回采，仍有突水可能性，因此，防治寒武系灰岩水仍是防治水工作的重点。

3、突水系数

11111工作面寒武系灰岩含水层距二1煤层底板70m，现在水压2.0Mpa，其突水系数计算为：

Ts=P/（M-Cp）=2.0/（70-18）=0.0576

M—工作面隔水层厚度（70m）

P—工作面水压（2.0Mpa）Ts—突水系数

Cp—回采对底板破坏深度（18m）

根据计算突水系数为0.0576，接近突水临界值0.06（该临界值为经验数值），回采期间有可能发生突水，应采取相应的防治水措施。

4、物探情况

根据11111工作面瞬变电磁勘探（45度斜下探）得知：

工作面风巷由切眼向外共有五个低阻异常区，分别在0～270m段、340～430m段、480～746m段、870～1015m段、1090～1530m段，物探异常区段导高斜距巷道底板分别为37m、35m、33m、70m、65m（垂距分别为26m、25m、23m、49m、45m），均与深部沟通。

其中切眼向外230～270m段、340～420m段、520～740m段和1290～1350m段因导高较大会对工作面回采产生影响。

工作面机巷由切眼向外共有三个低阻异常区，分别在0～110m段、140～645m段、1130～1580m段，物探异常区段导高斜距巷道底板分别为80m、25m、60m（垂距分别为56m、17m、42m），均与深部沟通。

其中切眼向外210～460m段、1420～1430m段因导高较大会对工作面回采产生影响。

综上所述，物探最终结论为：

11111工作面回采时，机巷切眼向外210～460m段、1420～1430m段和风巷切眼向外230～270m段、340～420m段、520～740m段、1290～1350m段导高较大，若回采时煤层底板岩层受应力破坏，发生突水可能性较大。

三、突水系数及底板加固深度计算

该工作面寒灰距煤层底板70m，水压2.0Mpa，其突水系数计算为：

Ts=P/（M-Cp）=2.0/（70-18）=0.0385

根据计算该工作面突水系数为0.0385，小于突水临界值0.06，但因为瞬变电磁勘探该工作面部分地段寒灰水导高较大，在回采时有可能发生突水。

按照《煤矿安全规程》等规程要求，为保证工作面安全回采，需要进行底板加固工程，底板加固深度计算为：

M=2.0/0.06+18=51m

M—能抵抗突水临界值水压的隔水层厚度

P—工作面水压（2.0Mpa）Ts—突水系数（经验值0.06）

Cp—回采对煤层底板的破坏深度（18m）

经过计算，在水压2.0Mpa的情况下，要保证工作面不发生突水，其隔水层厚度必须在51m以上，因该断岩溶裂隙不发育难以改造，所以底板加固层位应在寒武系灰岩内。

四、预计涌水量

根据掘进时有部分地段出现顶板淋水情况，预计工作面回采时随着顶板跨落，顶板会出现涌水情况，预计最大涌水量50m3／h。

根据矿井现有水文资料，预计在回采过程中，随着采空区面积加大、底板破坏深度的加深，寒灰水可能通过底板导水裂隙进入工作面发生突水。

根据该工作面水文地质情况分析，采用经验比拟法，用11151工作面正常、最大涌水量和突水系数与11111工作面比拟计算，有关参数如下：

11151工作面原始水压6.1Mpa，工作面标高-530m，水位标高+72m，原始水头（水位）高度S=530+72=602m（以工作面标高计算）。

工作面现在水压2.25Mpa，水位标高-305m，水位降深S0=305+72=377m。

工作面现在涌水量Q0=150m3/h，突水时底板最大涌水量Q0大=315m3/h。

采用计算公式：

Q正=Q0√S/S0=150×√602/377=189m3/h

Q大=Q0大√S/S0=315×√602/377=398m3/h

Q正——预计11151工作面正常涌水量（189m3/h）

Q大——预计11151工作面最大涌水量（398m3/h）

S——突水前水位高度（以工作面标高计算602m）

Q0——现11151工作面底板涌水量（150m3/h）

S0——突水后水位降深（377m）

Q0大——11151工作面最大底板涌水量（315m3/h）

经计算11151工作面底板正常涌水量189m3/h，底板最大涌水量为398m3/h。

11151工作面寒武系灰岩含水层距二1煤层底板73m，现在水压2.25Mpa，其突水系数计算为：

Ts=P/（M-Cp）=2.25/（73-18）=0.0409

采用经验比拟法公式利用涌水量与突水系数的关系计算11111工作面正常涌水量：

Q111=Q151/Ts151×Ts111=189÷0.0409×0.0385=178m3/h

计算最大涌水量：

Q111=Q151/Ts151×Ts111=398÷0.0409×0.0385=375m3/h

经计算11111工作面底板正常涌水量178m3/h，底板最大涌水量为375m3/h。

五、钻场、钻孔布置

在该工作面机巷切眼向外30米起每隔60米做一个钻场钻场，共设计27个钻场，在每个钻场内布置3—5个钻孔。

1、钻孔布置原则：

（1）钻孔终孔层位为寒灰，终孔点在垂直进入寒灰下10m（钻孔水量达到30m3/h开始注浆加固，水量不足延伸钻孔）。

（2）钻孔以注浆扩散半径25-30m进行均匀布孔，力求工作面注浆加固改造率达到100﹪。

（3）为尽可能的多揭露含水层面积，提高注浆加固效果，钻孔均设计为斜孔。

（4）在钻探探明的异常区域加密布置检查孔。

2、钻孔结构

钻孔开孔用ф153mm钻头钻进至煤层底板垂直下5—7m，下入ф146mm一级套管12-18m，然后用ф113mm钻头钻进至L7灰岩内3-5m，按照实际深度下入ф108mm二级套管，两级套管下入后均进行耐压试验，一级套管压力不小于10Mpa，二级套管压力不小于12Mpa，耐压试验合格后换用ф75（78）mm钻头钻进至终孔深度。

六、钻孔施工技术要求

1、加固工程开始前由防水办编制施工设计，施工单位编制安全技术措施，经矿总工程师批准后方可实施。

2、施工单位必须严格按照设计参数施工，方位角误差不得超过±3度，倾角误差不得超过±1度。

如因现场施工条件限制等原因需要变更钻孔参数时，必须经主管部门或矿井主管领导同意后方可变更。

3、相邻的两个钻孔不得同时揭露含水层，相邻钻孔注浆时另一钻孔必须停止钻进。

4、每个钻场口布置一个临时水仓，并安装与钻孔最大涌水量相匹配的排水泵，以便钻孔出水后及时排出。

5、必须严格按照技术要求施工，施工过程中必须认真做好现场小班记录，记录内容包括钻孔见煤深度、出水位置、水量、水压等简易水文地质资料，要符合“及时、准确、完整、清晰”的要求。

6、下套管、试压、终孔起钻、注浆封孔时必须提前8小时申请验收，无验收签证不予计量；单孔结束5日内提交单孔施工总结报告，上报主管部门和分管领导，否则视为废孔，不予结算。

七、验收管理规定

为保证防治水工程质量，防治水办公室（地测科）负责组织人员对工程进行检查验收，具体验收标准及要求如下：

（1）下套管验收：

套管必须按照设计层位、设计深度下入，套管接箍处必须压紧。

固管时必须使用注浆泵向孔内加压，严禁手工操作。

（2）耐压试验：

孔口设施必须齐全（压力表、泄压阀、高压闸阀），套管耐压值必须达到设计要求，压力持续20分钟且孔口无渗漏水情况。

（3）终孔验收：

钻孔方位、倾角、孔深必须达到设计要求，验收人员必须认真测量孔内水量、水压、水温等情况并做详细记录。

（4）钻孔压水：

注浆前必须向孔内压水，压水时孔口设施必须齐全（压力表、泄压阀、高压闸阀），施工人员要详细记录孔口压力变化和注入水量等数据，以便分析后确定注浆压力和注浆量。

（5）钻孔注浆：

钻孔注浆时必须按照规定方式、注浆量、注浆压力等参数进行，不准私自改变注浆参数，终止压力不得低于设计要求。

（6）验收时各程序必须按照规定进行，孔口配套设施不全不予验收。

验收合格后向施工方出具临时验收签证并对验收过程做详细记录，待领导认证合格后换发正式签证。

（7）验收人员验收时必须严格认真、实事求是的按照本规定执行，施工单位必须予以配合，若因疏忽大意或者把关不严等出现钻孔质量问题，将追究有关验收人员和施工人员的责任，并严肃处理。

八、注浆工艺流程

采用矿东风井注浆站注浆系统，根据不同钻孔注浆需要，采用粘土水泥或纯水泥为材料，以最大注浆量、最大扩散半径、最大限度的充填岩溶裂隙为目的，分孔、分次序连续注浆。

主要流程为：

地面制浆→注浆泵→地面输浆管路→井下输浆管路→孔口→含水层

1、纯水泥浆液参数

视各个钻孔情况确定浆液配比，水与水泥的水灰比保持在1：

1.2—1.5之间。

2、粘土水泥浆液参数

浆液中（不包括水分）粘土占50-60%，塑性指数7-15，颗粒在Ф0.05mm以上的不高于30%；水泥采用425＃普通硅酸盐水泥，占浆液比例40-50%。

3、注浆参数

注浆量根据含水层裂隙发育情况确定，泵压在2.0Mpa以下时采用全泵量（高档位）大量灌注（泵量为260L/min）；当孔内裂隙发育较差泵压在2.0Mpa以上时采用中低档灌注（泵量为60-167L/min），直至达到泵量不大于60L/min，孔口压力不低于孔内水压的2.5-3倍且持续时间不低于30min的注浆终止标准。

对涌水量为5m3／h以上的钻孔，采用地面注浆站注浆，注浆量较小时，视情况进行扫孔二次注浆；对涌水量为5m3／h以下或无水的钻孔，采用井下注浆泵注浆，注浆结束标准与地面注浆结束标准相同。

4、注浆技术措施

（1）注浆期间各工种作业人员要坚守岗位、各负其责，保证各个注浆环节正常进行。

对含水层水位水压和涌水量要派专人进行观测，观测结果要及时汇报主管部门。

（2）注浆前，首先要对管路进行冲洗和检查试验，然后对注浆管路进行耐压试验，试验合格后方可进行注浆，试验压力不得低于12Mpa，持续时间不得低于20min。

（3）每孔注浆前都要观测水压和涌水量，并进行放水，以孔内无岩粉水变清为宜。

接通注浆管路后先向孔内压水扩张裂隙，确定钻孔吸水量，以便调整浆液参数，提高注浆效果。

压入孔内的水量不得低于管路总体积的2倍，无异常情况时方可开始注浆。

（4）注浆过程中，化验员要严格按照标准配比浆液，并根据实际情况及技术人员的要求及时调整浆液的配比参数，记录员要认真做好纪录。

（5）注浆过程中要严格按照规定的注浆顺序、方式、结束标准等进行操作，不经批准，不得擅自改变注浆参数或随意停止注浆。

（6）注浆过程中要由专人巡视管路，当注浆管路发生故障时要及时处理，防止管路堵塞。

如发现钻孔串浆、堵塞或进浆量明显减少时要立即停止注浆。

（7）注浆过程中必须明确专人负责观测地面注浆泵和井下孔口压力表，并做好现场纪录；注浆孔附近必须设有电话，以便发现异常情况时及时汇报注浆站和主管部门。

5、注浆加固效果检验

每个钻场设计钻孔施工完成后，都要布置检查孔检验注浆效果，经检查钻孔加固区域以上无水方可撤离钻机。

在整个工作面底板加固工程结束后，采用直流电法和瞬变电磁2种物探手段对加固效果进行检验，得出效果评价。

九、劳动组织

11111工作面底板加固工程由梁北矿钻探对负责施工，业务上受梁北矿地测科管理。

先期计划安排2台地质钻机进行施工，按8小时工作制，分3班连续作业，具体人员配备按照实际钻探工程量和出勤率确定。

梁北矿

2006年6月