60101及100101工作面上覆含水異常區探放水技術方案
60101及100101工作面上覆含水異常區探放水技術方案
一、概況
60101采煤工作面位于601采區西部，距6號煤層回風大巷320m,長度1050m,寬為180m,運輸順槽高程855～870m,回風順槽高程865～880m,走向方位角346°,煤層傾角0～3°，6號煤平均煤厚1.4米。
100101采煤工作面位于1001采區西部與60101工作面重疊布置，長同60101工作面，寬為150m，兩順槽各內縮15m，運輸順槽高程812.1～825.6m,回風順槽高程825.5～834.1m,走向、傾向基本同于6號煤層，10號煤平均煤厚為6.9米。頂板為石灰巖，含巖溶裂隙水。
地面相對位置為大七公路西側,多為黃土卯梁和溝谷,高程在975～1047m之間，無地表水體和河流。
二、地質及水文地質狀況
1、地層
本區屬華北型石炭二迭系煤田，區內地層由新到老分別為：第四系(Q)、上第三系(N)二疊系(P)、石炭系(C)和陶奧系(O)。
10號煤底板距陶奧系石灰巖平均厚55、5m,含煤巖系屬石炭系上統太原組，距6號煤層40左右，多為石灰巖，間有泥巖和砂泥巖。6號煤以上為二疊系下統山西組，至4號煤層間距約30m。
2、地質采礦條件
100101采煤工作面長1050m,寬150m,傾角0～3°之間，個別地段為-3°左右，煤層走向大致為330～340°，傾向240～250°，傾角3～6°，煤厚平均6、9m,直接頂為石灰巖，厚度16m以上，含巖溶裂隙水，底板為泥巖，含泥質、粘土質等。
60101工作面位于100101工作面之上，寬度180m,其他產狀相同，煤厚平均1.4m左右，直接頂為3.5m左右泥巖，地板也為灰黑色泥巖。
其中石炭系上統太原組6號煤以上厚度11.91-18.60m，平均15.26m，由灰黑色泥巖、砂質泥巖、灰色細砂巖、青灰色石灰巖等組成;二疊系下統山西組4號煤以下厚度15.34m-24.05m,平均19.70m,由灰色泥巖和5號煤等組成。本孔施工地點位于6號煤層層位，開孔層位為6號煤層頂板泥巖，鉆進至4號煤層底板灰黑色砂巖互層，進入異常區，將異常區積水排出即達到施工目的。本孔揭露層位為6、 4號煤之間的地層，平均厚度約34.96m，6號煤與10號煤之間分布有L1灰巖、K2灰巖及泥巖等，平均厚度37.4m。
3、地表水
本井田內無常年性地表河流和其它水體，僅幾條較大溝谷在雨季有短暫洪水通過，西北轉南匯入三川河，三川河向西南排向黃河。
4、主要含水層
1、石炭系上統太原組灰巖巖溶裂隙含水層
據井田南8.5KM的20號孔和0.2KM的12號孔及ZK3--1水文孔資料，太原組合水層主要為三層石灰巖，從上到下為L5.L4.L1，總厚約25.55M，灰巖裂隙較發育，巖芯較破碎。鉆孔在灰巖地層中，大部分出現孔漏的情況，含水層頂板埋深在86.43-279.40M，單井出水量大于1000t/d.單位涌水量12號孔為q=0.0047L/S.M,20號孔為0.207L/S.M,ZK3--1為0.00205L/S.M,滲透系數12號孔為0.0131M/d,20號孔為1.23m/d,水位標高分別為929.44m和946.67m及921m。水質類型為HCO3-Ca·Ma·Na型，礦化度0.464g/L。
2、二疊系碎屑巖類砂巖裂隙含水層
井田內含水層無出露，含水層以細、中細砂巖為主，平均厚度17.9m。含水層裂隙不發育，富水性弱。頂板埋深為37.73-206.55米，單井涌水量小于10t/d。單位涌水量12號孔為q=0.0008L/sm，20號孔為0.22L/sm，滲透系數12號孔為0.0028m/d,20號孔為0.012m/d，水位標高分別為955.62m和972.04m。水質類型為HCO3·SO-Ca·Mg·Na型，礦化度0.696g/L。該含水層不連續，富水性差。
3、第四系、上第三系孔系含水層
第四系中、上更新統出露高，補給條件差，含水層連續性差，基本屬透水不含水層。
全新統主要分布于井田溝谷中及北部邊緣，含水層以砂礫石層位主，厚度小，富水性也較弱。水質屬HCO3·SO-Ca·Mg型，礦化度0.544g/L。
上第三系新統廣泛出露與井田溝谷中，含水層為砂礫巖，民井出水量10t/d。水質屬HCO3-Na型，礦化度為0.347g/L。
5、主要隔水層
1、山西組隔水層
山西組5號煤以下至太原組L5灰巖之間是以粘巖為主，砂、泥巖互層，厚度13m主要，連續穩定，其中泥巖、粘土巖隔水性好，是良好的隔水層。
2、本溪組隔水層
本溪組平均厚35.33m,巖性主要為泥巖、鋁土巖、粉砂巖和砂巖，給組有時夾薄層石灰巖或薄煤層，其中泥質巖隔水性能好，在區域內穩定，是良好的隔水層。
6、工作面水文地質狀況
工作面范圍內無含水斷層和陷落柱，煤層底板距奧灰水較遠且有隔水層，工作面標高大于奧灰水靜止水位。
10號煤頂板石灰巖為弱富水性，富水不均勻，掘進時個別地段頂板上現淋水，但水量不大。
6號煤工作面頂、底板為泥巖，未出現有淋水等狀況。其上部4、5號煤有開采，在該工作面上方部分地段有采空區積水，主要分布在工作面起始位置和距停采線200～500m范圍。
7、物探成果
根據中煤科工集團西安研究院在100101工作面頂板及切眼北含水井下瞬變電磁物探成果分析在100101工作面頂板上0～100m范圍內分布有4個異常區。
(1)1號異常區在100101工作面切眼退100～200m左右，在上40m范圍內推斷可能是頂板灰巖含水所致。
(2)2號異常區在工作面200～500m，,10煤上方80m范圍內，推斷可能是4號煤層采空區積水。
(3)3號異常區在工作面停采線附近，10號煤上40、60、80m范圍內均有異常，推斷可能是4、5號煤層開采所致。
(4)4號異常區在切眼外60m，推斷可能是10號煤采空巷道影響。
為確保工作面的安全施工，堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，必須提前對工作面上方含水異常區進行探放水。
三、探放水施工方案
經分析，決定采用井下鉆孔探放，60101兩個順槽施工8個鉆場，10號兩順槽切眼外施工2個鉆場。
(一)、鉆孔布置方案
1號異常區：在100101工作面順槽距切眼100m處布置鉆場，每個鉆場設置2個鉆孔，從10號煤施工至6號煤層，主要是探放本異常區頂板石灰巖巖溶水。
2號異常區：在60101兩個順槽內布置鉆場，從6號煤施工仰角孔至4號煤層，兩順槽各部置4個鉆場，間距100m，每個鉆場布置3個鉆孔，1個對工作面外進行探放，2個探放工作面內異常區積水。
3號異常區：在6號煤回風上山或回風繞道內布置鉆場，從6號煤鉆探施工至4號煤層，具體方案另定。
4號異常區在切眼60m以外，根據省專家分析其對開采不會有影響，故不再對本異常區進行探放水。
(二)、鉆孔結構
1、 10號煤鉆孔：仰角35°，孔深70m,套管10m,Φ113mm孔徑55mm，下入Φ108mm，Φ65mm孔徑終孔至6號煤層。
2、 6號煤鉆孔：仰角35°，孔深70m,套管5m,Φ113mm孔徑55mm，下入Φ108mm孔口管5m，Φ65mm孔徑終孔至4號煤層。
四、鉆孔設計及技術要求
1、鉆機型號及其它材料：
(1)鉆機：ZLJ-650型鉆機;
試壓泵：NBB250/50泥漿泵，作為注漿及試壓設備。
(2)其它材料：規格Φ108mm、厚壁4.5mm的地質鋼管(最上一節焊接相應法蘭盤)備足三孔使用，Φ108mm閘閥(耐壓力>2.5MPa)3個。
2、施工設計
(1)鉆場施工
鉆場利用現有巷道，支護完好，無空頂、無懸矸、無離合頂，施工點里外各10m范圍內無雜物，底板平整，無浮矸。要求鉆場高度不低于4.0m。
(3)套管固管
將套管下入孔內規定的深度，將配制好的水泥漿(水泥用425#，水泥：水=2∶1)通過注漿泵注入孔內，凝固48小時后做耐壓實驗，待壓力達到2MPa時，調整泵量，保持壓力5min，若孔口管無松動、管外無返水，則孔口管固管成功。
3、施工方法
(1)鉆孔測放
由礦技術人員按設計測放鉆孔方位及仰角，施工方嚴格按礦技術員測放鉆孔參數施工。
(2)用Φ113mm鉆頭鉆進5.5m，下入Φ108mm套管不少于5m(第一節上部焊接相應的法蘭盤)，用泥漿泵將配制好的濃水泥漿(水泥標號425#，水泥：水=2∶1)壓入孔內，至管外返漿為止。待固管水泥凝固48小時后，用Φ65mm鉆頭掃孔，用注漿泵向孔內壓水，做耐壓實驗，待壓力達到2Mpa時，調整泵量，保持壓力5min，若孔口管無松動、管外無返水，則孔口管固管成功;若孔口管松動或管外返水，掃孔后重新固管，直至固管成功;重新注漿固管不成功時，起出孔口管，若孔口管無法起出，則封孔后重新開孔。固管成功后用Φ65mm鉆頭無芯鉆進穿過4#煤層。
1、6#運輸順槽
第一鉆場：6#點前13.7m左幫處
1#孔方位286°，仰角35°，孔深70米
2#孔方位340°，仰角35°，孔深70米。
3#孔方位36°，仰角35°，孔深70米。
第二鉆場：8#點后10.7m左幫處
1#孔方位280°，仰角35°，孔深70米
2#孔方位40°，仰角35°，孔深70米。
3#孔方位110°，仰角35°，孔深70米。
第三鉆場：距第二鉆場100m
1#孔方位256°，仰角35°，孔深70米
2#孔方位40°，仰角35°，孔深70米。
3#孔方位110°，仰角35°，孔深70米。
第四鉆場：距第三鉆場100m
1#孔方位256°，仰角35°，孔深70米
2#孔方位200°，仰角35°，孔深70米。
3#孔方位130°，仰角35°，孔深70米。
2、6#回風順槽
第一鉆場：7#點后4m
1#孔方位256°，仰角35°，孔深70米
2#孔方位326°，仰角35°，孔深70米。
3#孔方位36°，仰角35°，孔深70米。
第二鉆場：距第一鉆場 100m
1#孔方位256°，仰角35°，孔深70米
2#孔方位200°，仰角35°，孔深70米。
3#孔方位130°，仰角35°，孔深70米。
第三鉆場：距第二鉆場100m
1#孔方位256°，仰角35°，孔深70米
2#孔方位320°，仰角35°，孔深70米。
3#孔方位36°，仰角35°，孔深70米。
第四鉆場： 距第三鉆場100m
1#孔方位256°，仰角35°，孔深70米
2#孔方位200°，仰角35°，孔深70米。
3#孔方位130°，仰角35°，孔深70米。
10#運輸順槽鉆場，13#點左幫
1#孔方位106°，仰角30°，孔深80米;
2#孔方位36°，仰角30°，孔深80米;
10#回風順槽鉆場，15#點后10m
1#孔方位176°，仰角30°，孔深80米;
1#孔方位196°，仰角30°，孔深80米;
五、鉆探施工方案
由礦各相關部門配合探水隊施工，先施工60101運輸順槽鉆孔，根據鉆場設計順序依次施工。技術人員測量放水量，嚴格檢查記錄放水效果，確保積水疏放干凈。
2、檢 查 安 全 退 路 。即 避 災 路 線 內 不 許 有 礦 車、木 料、雜 物 等 阻塞，要時刻保證暢通無阻。打鉆地點或附近必須安設專用電話。
3、組織培訓有關探放水人員學習了解探水鉆機的使用操作說明，操作人員要勤保養鉆機，學習本工作面作業規程及探放水安全技術措施的規定。
4、注意檢查觀測安鉆場地周圍出水征兆，頂板、巷道支護和通風情況，安全情況好，方可安裝鉆機。
5、安裝探水鉆機必須平穩牢固，按規定打牢立柱和欄板。開機前要檢查鉆機是否平穩牢固，各部緊固件有無松動情況。檢查抱閘的松緊程度是否合適，送水器轉動是否靈活，輸水膠管是否固定，以防止轉動。
6、安裝安全套管。在孔口設置安全閥門，控制水量，防止鉆眼被水沖刷擴大，并測定水頭壓力，鉆機進仰角超過25°時，不準在套管下方操作，以免套管滑落傷人。
7、采用錨索錨桿將托板安裝在孔口煤壁上，必須安裝牢固，以避免高壓水頂出鉆桿、噴出碎石傷人。
8、 須有瓦斯檢查員檢查空氣成份，如果瓦斯或其他有害氣體濃度超過《 煤 礦 安 全 規 程》規 定 時，必 須 立 即 停 止 鉆 進，切 斷 電 源，撤 出人員并上報調度室及時處理。
9、撤鉆時要準備好木塞、麻袋等物，加固巷道道支護，疏通
清理好水溝、水倉，配備好水泵等排水設施，不能使水積聚，并通知水泵房作好抽水準備。
10、放水時要專人監測出水變化情況，記錄放水量，發現異常及時處理。
11、放水時若遇鉆孔不出水或水流大小不勻時，要小心謹慎
地用鉆桿通透堵眼雜物。
七、避災路線
60101順槽工作面—6#運輸上山—通風行人巷--主斜井—地面
附： 1、60101順槽工作面探放水鉆孔布置示意圖。
2、100101工作面頂板瞬變電磁電阻率異常圖。
3、避災路線圖
王家莊煤業有公司
2013年8月25日
