探放水单孔设计及措施(最终版)
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1、探放水单孔设计及安全技术措施。为了杜绝巷道掘进过程中水灾发生,确保我矿掘进施工安全,根据煤矿安全规程对掘进巷道“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则、结合我矿现场水文地质条件,制定本防治水钻探施工:第一节 水文地质概况一、地质概况XXX煤矿位于XXX县城东83方位,平距约16km处,地处XXX县兴泉镇境内。地理坐标(1954年北京坐标系3带坐标极值):东经1002703 1002738 、 北纬263710263759。XXX煤矿于2016年11月开工建设,于2018年11月建设完成,设计能力15Mt/a。主采煤层有C2a、C12、C11-上、C11-下煤层,机械化改造完成时首采工作
2、面布置在二采区+1270至+1280水平C2a煤层,接替工作面布置在二采区+1260至1266水平C12煤层。平均为0.73m,属薄煤层,矿区内大部可采,属较稳定煤层。C2a煤层含夹矸03层,该煤层厚0.341.70m,平均为1.03m,属薄煤层,矿区内全区可采,属较稳定煤层。 二、自然条件 1.地形地貌矿区位于康滇台背斜、滇中凹陷的北缘,区内地形切割强烈,多为高山深谷,平缓地带较少,总体地势北部高,南部低缓,地形起伏大,地面坡度一般在1545,矿区地貌属中高山切割地貌。矿区内最高点海拔高程约+1615m,最低点海拔高程约+1420m,相对高差195m,地形有利于地表水的排泄。 2.水文气象(
3、1)地表水系区内地表水体主要有分布于矿区中部的石板箐季节性沟溪,沟水由北东向南西流经矿区,雨季大雨和暴雨后流量大,对矿床充水有一定影响。(2)气象本区属南亚热带半干旱气候区。610 月为雨季,降雨量达920mm,占全年的48%以上,11月至次年5月为旱季,干湿季分明,四季不分明。三、井田境界及储量云南省国土资源厅2013年8月颁发 XXX煤矿采矿许可证,证号为5300002008121120002249,确定矿区范围由12个拐点坐标圈定,矿井开采深度600m,矿区面积0.614km2矿井地质储量297万吨,保有(111b+122b+333)类资源储量272.7万t,其中111b类114.7万t
4、,122b类6万t,333类152万t。目前剩余可采储量105.97万吨。四、井田地质条件(一)区域地层区域上地层出露较为齐全,由老至新有:前震旦系(Pt)、震旦系(Zb)、寒武系()、奥陶系(O)、志留系(S)、泥盆系(D)、石炭系(C)、二叠系(P)、三叠系(T)、侏罗系(J)、白垩系(K)、古近系(E)、新近系(N)、第四系(Q)。(二)矿区地层三叠系上统大箐组第三段(T3 dq 3):主要由粗砂岩,含砾粗砂岩和粉砂岩组成,其次为泥质粉砂岩和细砂岩,含煤层4层,C11-下煤层:位于大箐组二段底部,上距C11-上煤层2.453.38m,一般2.87m,煤层结构复杂,平均为1.29m,全区可
5、采,属较稳定煤层。C11-上煤层:位于大箐组二段底部,上距C12煤层4.167.19m,一般5.46m,煤层结构简单,含01层夹矸,该煤层厚0.180.92m,平均为0.66m,属薄煤层,矿区内大部可采,属较稳定煤层。C12煤层:位于大箐组二段中下部,上距C2a煤层7.1422.25m,一般17.35m,煤层结构简单,平均为0.73m,属薄煤层。C2a煤层:位于三叠系上统大箐组三段底部,下距C12煤层7.1422.25m,一般17.35m,煤层最大厚度1.86m,最小厚度0.20m。煤层含夹矸03层,一般厚0.030.25m,夹矸一般为高岭石泥岩,该煤层厚0.81.70m,平均为1.2m。煤质
6、1、煤的物理性质及煤岩特征可采煤层为黑色,条痕灰黑色深灰色,煤的内生裂隙一般较发育,外生裂隙为梳状和角锥状,具有贝壳状断口,大多具玻璃光泽、金刚光泽,少数光泽暗淡,硬度22.5度,视密度1.301.40t/m3。宏观煤岩组成以亮煤为主,夹丝炭质亮煤及暗煤,宏观煤岩类型为亮半亮型。2、煤层的煤质特征本矿井主采的四层煤,煤质属特低全水分煤、特低灰分煤、中高挥发分煤、中等固定碳煤、高热值煤、低硫分煤、特低磷分煤、四级含砷煤的1/3焦煤(1/3JM),数码3。(四)构造矿区构造简单,为一单斜构造,断裂、褶皱均不发育,地层倾向南西,倾角较平缓,一般24,现分述如下:1、褶曲S8向斜为控制全区的主要构造,
7、本矿区位于向斜的南东翼。轴向NWSE,斜贯矿区南部。向斜轴出矿区范围后,稍向南偏,并稍向南倾。南东翼(即矿区范围)地层产状较缓,倾角1230,一般倾角24,倾向220左右;北西翼地层产状较陡,倾角5077。倾向一般在48左右。2、断层矿区外围东南部发现有一条逆断层(F5),但对该矿区煤层开采影响较小。(五)区域水文地质条件概况区域含(隔)水层 (1)区域含水层区域属滇西北高原,地势北高南低,山脉近东西走向。从地形及地质构造条件看,均不利于煤系含水层接受大气降水的渗透,动补给量不大。最高点位于矿区北部外围海拔1640.00m,最低点在矿区南部外围石板箐沟,海拔1348.00m。山谷相对高差260
8、.00m,高原区的高差一般在10001500m之间,区内构造不发育。矿区位于金沙江北西部,区内无大的水系,只有次级小溪沟,属金沙江水系。地表水、地下水的动态变化主要受区域大气降水控制。按岩性及地下水赋存特征可分为孔隙含水层组、裂隙含水层组及岩溶含水层组。现分述如下:1松散岩类孔隙含水层2基岩裂隙含水层组(1)大箐组(T3dq)(2)玄武岩组(P3)3岩溶含水层组4、区域地下水的补给、径流、排泄条件 (六)矿井水文地质1.第四系砂砾石土孔隙含水层(Q)2.三叠系上统大箐组砂、泥岩弱裂隙含水层(T3dq)第一段(T3dq1):地层厚度0.3032.00m。地层不稳定。第二段(T3dq2):地层厚度
9、一般36136m左右。主要由粗砂岩、粉砂岩、煤层及薄煤线组成,其次为细砂岩和中粒砂岩,夹粉砂质泥岩和泥质粉砂岩。第三段(T3dq3):地层厚度一般4290.50m左右,地层平均厚度约50m。主要由粗砂岩,石英粗砂岩、粉砂岩及煤层及薄煤线组成,其次为泥质粉砂岩和细砂岩。第四段(T3dq4):地层厚度一般3775m左右,地层平均厚度约60m。主要由粗砂岩、含砾粗砂岩,砂砾岩和中粒砂岩组成,中部和下部夹有细砂岩,粉砂岩等。矿区未见泉点出露,对矿床充水有一定的影响。第五段(T3dq5):本段地层厚度一般为116152.50m,平均厚120m。对矿床充水有一定的影响。第六段(T3dq6):主要出露矿区南
10、部外围,地层平均厚度约70m左右。对矿床充水有一定的影响。第七段(T3dq7):层厚一般为132157m,平均厚约140m,岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主,中部、下部夹中、细粒砂岩及少量粗砂岩和粘土质泥岩薄层,上部为中、粗粒砂岩夹细砂岩。在后期开采及构造裂隙的影响下,对矿床的开采有间接的影响。第八段(T3dq8):地层厚度大于148m。主要为粉砂岩、泥质粉砂岩、细砂岩和中粒砂岩,其次为粗砂岩、粉砂质泥岩。对矿床充水无直接影响。3.二叠系上统玄武岩组相对隔水层(P3)岩性为角砾状、致密状、杏仁状玄武岩夹凝灰岩等具柱状节理及气孔构造,厚3.5070.00m。4.泥盆系中统灰岩强岩溶含水层(D2)出露
11、于矿区外围山麓,岩性以浅灰色至灰白色灰岩、含泥质灰岩为主,厚度500m。岩石中致密,坚硬,具水平层理,节理发育,溶洞发育。在局部地段会对矿坑充水有影响。矿井充水因素根据矿区水文地质条件分析,矿床充水因素及进水方式为:1.含煤段弱裂隙含水层的地下水直接补给矿床;2.地表沟溪水主要通过浅部风化裂隙及构造带对矿坑充水;3.巷道揭穿断层破碎带可能引起突水;4.开采中后期大气降水通过冒落带,导水裂隙带及塌陷带对矿床的充水。据煤矿防治水规定中突水系数计算公式:TS=式中:TS-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)经计算,C2a、C12、C11-上、C11-下煤层
12、最大突水系数0.002 MPa/m0.005 MPa/m,本区各煤层突水系数均小于正常块段临界突水系数0.1 MPa/m,建议矿井生产投入专门水文地质工作,对C2a、C12、C11-上、C11-下煤层水害作更进一步的核实,针对现场制订相关的安全措施。(2)充水通道矿井充水通道包括导水断层、岩层裂隙、采空导水裂隙带、封闭不良的钻孔等。断层2、C2a、C12煤层井下采掘中未发现断层,开采揭露断层时,仅局部少量渗水,但也应引起足够的重视。封闭不良的钻孔井田内钻孔施工年代已久,封孔情况不清,在邻近开采时应加强探放水工作,并留设保安煤柱,以防其导水。 岩层裂隙、采空导水裂隙带井田主要可采煤层为C2a、C
13、12、C11-上、C11-煤层,其中C2a、C12、煤层直接充水含水层为间接砂岩裂隙含水层,煤层最大厚度分别为1.2m、1.7m,一次性全采高;C2a煤层顶板岩石平均抗压强度为39.18Mpa,煤层最大厚度分别为0.8m至1.7m,一次性全采高,本区地层倾角最大5-8。各煤层砂岩裂隙含水层及采空塌陷产生的导水裂隙带高度见表。表: 各煤层砂岩裂隙含水层及采空塌陷产生的导水裂隙带高度表煤层号煤层最大厚度(m)煤层间距(m)导水裂隙带高度(m)砂岩裂隙含水层及采空塌陷导水裂隙带位置备注C2a1.721.28高于K3低于Q2+3局部采空7.5C121.227.5高于K3低于Q2+3未采16.93(3)
14、矿井主要水害本井田主要水害是来自周边矿井采空区的积水,周边矿井经多年开采,现C2a、C12、煤层有部分采空区,因此周边煤矿的采空区积水、老空区积水的存在,是对煤矿安全最大的隐患。(4)矿井水害防治措施查明周边及上部周边采空区积水情况,查明井田内与地表水、含水层及上部采空区积水有水力联系的导水断层、裂隙带,做好预留煤柱工作。在与相邻矿井的分界处,必须留有足够的隔离煤柱。严格执行探放水制度,对情况不清或可疑之处,必须做到“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则。完善井下排水系统,必须预备有专用排水设备,除保证正常排水工作外,还要有足够的设备预防突发水害的抢险工作。二、矿井水文地质类型
15、煤层赋存于T3dq砂泥岩裂隙含水层中,主要由粗细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及煤层(煤线)组成,最大总厚1010m,裂隙较发育,含裂隙水,生产矿井涌水量不大,富水性弱,为矿床直接充水含水层,对矿床充水有直接影响。矿床底板为P2相对隔水层,厚3.570m,在厚度薄的地段将不起隔水作用;间接底板为D2灰岩强岩溶含水层,厚大于500m,岩溶发育,含岩溶水,单泉流量10.873.93l/s,富水性强,在P2、T3dq1薄弱地段可能对矿床充水。矿区内仅有F5断层,富水性、导水性较好,对矿床充水有影响。地表水体对矿床充水有影响。估算煤矿资源主要位于当地侵蚀基准面以下,矿床水文地质条件为以裂隙
16、含水层充水为主的简单中等类型。2、矿井涌水量经计算,整合后的XXX县XXX有限公司XXX煤矿矿井年生产能力达到15万吨/年开采C2aC12煤层时,旱季一般正常涌水量为170.36 m3/d,雨季一般正常涌水量为326.83 m3/d。3、供水水源1)地面生产、生活供水水源本矿生活供水及地面生产水源,取自攀枝花龙洞生活管道供水,涌水量均为25m3/h,供水充足,可作为本矿井地面生产、生活永久、可靠的供水水源。2)井下供水水源矿井正常涌水量7m3/h,最大涌水量14m3/h。涌水排出地面后,经净化处理后,水质符合井下防尘洒水用水水质标准,可作为井下消防、洒水及井下各用水设施用水水源。第二节 探放水
17、钻孔布置的参数和超前距帮距的确定 一、探水距与超前距的确定 1、探水与掘进循环作业,探水作业超前于掘进作业,即探水掘进探水,探水循环总进度50m,超前安全距为20m,允许掘进距离30m,依此交替作业。 2、帮距:为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离,布置的最外侧探水钻孔所控制的范围与巷道帮的距离取20米。 3、矿井配备两台TXU-75A探放水钻机,配合75mm和113mm硬质合金刮削型钻头(各不少于20个),50mm钻杆,钻杆每节长1m,钻杆数量100根,全部使用水力排粉,钻孔均采用无芯钻进。 二、探水钻孔布置的参数说明 孔号开孔位置钻孔方位(度)钻孔倾角(度)孔深(m)1#中心
18、孔900502#左孔760503#右孔1040504#俯孔85-2305#仰孔80+650 以后按此施工方式循环施工。三、钻探完毕后由安检、地测、通风、调度联合进行现场验收,并及时进行分析,为采区其它大巷掘进提供水文地质依据,确认无水害危险待下发允许掘进通知单后方可掘进,掘探交替进行至设计位置为止。四、孔口安全装置的布设探放水孔必须使用孔口安全装置,孔口安全装置由孔口管、泄水测压三通、孔口阀门和钻杆逆止阀等组成,其施工和安装程序如下: 1、选择岩层坚硬完整的地段开孔,孔径应比孔口管直径大3-5mm,钻至预定深度(视水位高低和煤岩层强度而定)后,将孔内冲洗干净。 2、向孔内注入水泥浆,将预先准备
19、好的孔口管(末端用木塞塞住)放入孔内,待水泥凝固后,即可在孔内钻进。 3、水泥凝固后扫孔,其深度超过孔口管长度0.5-1.0m,向孔内注水。试液压力大于孔口管末端承压静水压力的1.2倍,呈水压值超过预计放水时的水压,稳压时间至少保持半小时,孔口管周围没有漏水现象,则合乎要求,否则要重新注浆加固。4、探放强含水层水时,应在孔口管上安装水压表、水门、三通和泄水管等。 第三节 单孔设计一、钻孔设计参数 水源性质:预计水源主要为顶底板裂隙水、断层水。 钻机型号:TXU-75A型探水钻 钻具配备:5个80 mm的孔口管,200根50mm地质钻杆, 75mm和硬质合金刮削型钻头(各不少于5个)无芯钻进。钻
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