1、山西吕梁离石永聚煤业 探放 4 号煤采空区积水钻孔设计 为探查我矿井田范围内 4 号煤采空区积水标高、积水范围、积 水量，并对其进行疏放，以解除其对 6 号及 10 号煤层开采时的威胁， 确保矿井安全生产。在综合分析相关资料的基础上，根据目前我矿 实际情况，特编制本设计。 一、4 号煤采空区积水情况 永聚煤业井田范围内 4 号煤采空积水区由原山西恒安益煤业有 限公司、山西吕梁离石泰宁煤业有限公司及山西吕梁离石菁蒿焉煤 业有限公司 4 号煤采空区积水区组成，从目前掌握的水文地质资料 分析，井田内大致存在 13 个积水区，积水面积约 217797，积水 量约 186415m，补给水量约 50m/h
2、。主要的积水区位于井田中西部。 4 号煤主要积水区与 6 号煤顶板间距平均 35.62m，永聚煤业三 条大巷、煤仓等主要巷道及硐室均布置在其下部。 据现场实际揭露，在 4 号煤主要采空积水区下方，6 号煤及 10 号煤层位，发育有一向斜构造。同时，还发育有多条小型正断层及 陷落柱，均具有导水性，在我矿日后采掘过程中均有可能成为 4 号 煤采空区积水进入采掘工作面的导水通道。 二、钻孔设计 （一）钻场布置及要求 1、施工地点选择 根据我矿井下生产实际情况及 4#煤采空区积水赋存情况，先期 施工地点选择在 6 号煤轨道大巷 G11点往南约 45m 处。 2、钻场布置 探水钻场布置在 6 号煤轨道大
3、巷 G11点南约 45m 处巷道东帮，规 格为长 4 米、深 3 米、高 3 米，钻场周围及附近巷道要加强支护， 确保巷道无空顶、空帮，帮顶背牢刹实，保证探水施工安全。 （二）施工地点 4 号煤采空区积水水压的确定 据地质及水文地质资料分析，预计我矿上覆 4 号煤采空区积水 水压约为 1.05Mpa。 （三）钻孔设计（见下表） 探放 4 号煤采空区积水钻孔设计参数表 孔径 （mm）位 置 孔号 方位 （） 倾角 （） 孔深 （m） 开 孔 终 孔 套管直 径 （mm） 套管 长度 （m） 用途 TF-1 50 37 65.4 130 56 108 10 测压 放水 1# 钻 场 TF-2 92
4、 41 64.6 130 56 108 10 放水 注：各施工地点钻孔数量可根据放水量、水压、排水能力增加。 （四）单孔设计 本次钻孔设计为仰角孔，采用金刚石钻头钻进，开孔直径 130mm，下入 89mm 套管，套管长度不小于 10 m，然后更换 56mm 钻头钻进至终孔位置。 在套管口焊接高压法兰盘，并加工与套管同径，两端焊接带高 压法兰盘的短节（过渡节） 。在套管外壁（近法兰处）上、下各焊接 一段装压力表及注水管的短节，注水管短节上安装高压闸阀。在套 管法兰盘上接高压闸阀，再通过过渡节连接另一个高压闸阀。 详见封孔套管结构示意图 （五）钻探设备选择 本次施工选用 ZLJ-400 型钻机及
5、2ZBSB0.48-3.6/5-7.5 型注浆 泵，42 1000mm 钻杆 60 根。 （六）最大放水量预计及排水路线 1、最大放水量预计 单孔出水量：q=60c.w.(2gh) 1/2 式中：q 单孔出水量，m 3/min； C流量系数； W钻孔断面积，m 2； g重力加速度，m/s 2； h积水压头高度，m； 则：q=60c.w.(2gh) 1/2 =600.620.00246(29.885)1/2 m3/min=3.738m3/min 根据钻孔孔径及水压预计，正常情况下取放水系数 0.4-0.5， 预计每处最大放水量约 112m3/h。 2、排水路线 钻孔水6 号轨道大巷进风行人斜巷1
6、0 号集中运输巷临时 排水点中央水仓地面 三、 钻探施工 （一）施工顺序 1、总体施工顺序 先施工 1 号孔（测压孔） ，后施工 2 号钻孔（放水孔） ，间隔时 间以放水量及排水系统的综合排水能力确定。 2、单孔施工顺序 （1）钻孔定位：由地测人员按设计要求进行标定。 （2）固定钻机：由探水队施工人员按测量指示方位及设计角度 固定钻机。 （3）开孔及扩孔：用直径 89mm 钻头开孔，再用直径 130mm 钻 头扩孔至比设计套管长度大 0.2m 的位置。 （4）下套管及固管：下入直径 108mm 套管，管底离孔底约 0.2m。孔口和套管口间的环状空隙用水泥砂浆和速凝剂或树脂药卷 封闭密实，其中插
7、入一根细管，用于观察注浆情况。水泥砂浆凝固 后，从套管口向孔内注入水泥浆，同时观察细管内的情况，待水泥 从细管溢出后，可缓停注浆，35 分钟后再注，水泥浆稳定流出后， 停止注浆，停止注浆时压力不低于 2Mpa。 （4）水泥凝固：不少于 48 小时。 （5）扫孔试压：钻头扫孔至 10.2 m 处，退出钻具，孔口管外 安装不低于 4Mpa 的高压闸阀，接通高压水试压，试压压力不低于 3MPa，延续时间均不少于 30 分钟。试压过程要有详细记录，并有专 人检查套管外及钻场附近的情况，如发现钻场及钻孔周围有渗水、 跑水等现象，要停止试压，继续注浆，直至试压合格后。但二次注 浆的压力要适当增大。 （6）
8、连接高压闸阀及其它装置：连接高压闸阀（2 个） 、过渡 节、安装阀门、测压表、防喷装置。 （7）正常钻进：用 56mm 合金钻头或 56mm 金刚石钻头钻进。 （8）中途注浆（孔口与孔底垂距小于 10m 时）：正常钻进至孔 底距孔口垂距达 10m 时，停止钻进，连接注浆管对钻进段进行注浆， 封闭钻孔周围岩层裂隙。停止注浆时压力不低于 1Mpa。若注浆时不 起压，则采取间歇式注浆，直至达到规定压力为止。 （9）钻进至采空区：钻孔接近采空区积水时，必须提前安装好 防喷装置，并做好防喷准备，防止钻进中突然出水失控造成水害事 故。 （二）施工前准备 1、 探 水 队 队 长 及 技 术 人 员 提 前
9、 察 看 施 工 现 场 ， 并 组 织 参 加 施 工 人 员 认 真 学 习 本 设 计 ， 让 职 工 熟 悉 钻 孔 参 数 、 施 工 方 法 ， 掌 握 钻 孔 施 工 安 全 技 术 措 施 及 施 工 地 点 的 避 灾 路 线 。 2、 施 工 前 必 须 检 查 排 水 系 统 完 好 情 况 ， 保 证 其 综 合 排 水 能 力 不 小 于 230m3/h。 3、 把 钻 机 、 注 浆 泵 检 修 好 ， 准 备 好 施 工 用 的 阀 门 、 孔 口 管 、 闸 阀 、 开 关 等 施 工 用 设 备 、 配 件 等 物 品 。 4、 在 钻 孔 施 工 地 点 安
10、 装 一 部 电 话 ， 以 便 施 工 时 井 上 下 联 系 。 （ 三 ） 钻 探 施 工 1、 施 工 钻 孔 时 必 须 严 格 按 照 ZLJ-400 型钻机的 要 求 进 行 操 作 。 2、 施 工 时 使 用 56mm 的 钻 头 ， 开 孔 要 慢 速 钻 进 ， 给 进 压 力 不 得 大 于 2MPa， 只 有 在 钻 头 全 部 钻 进 孔 内 时 ， 方 可 选 用 快 速 钻 进 ， 并 逐 渐 增 加 钻 进 压 力 ， 正 常 钻 进 时 钻 进 压 力 在 4 6MPa 之 间 。 3、 开 孔 后 必 须 校 正 钻 杆 的 倾 角 是 否 符 合 设 计
11、 要 求 ， 否 则 必 须 重 新 开 孔 。 4、 施 工 时 为 防 止 钻 杆 接 头 间 漏 水 和 方 便 卸 钻 杆 ， 在 每 一 个 钻 杆 接 头 间 必 须 加 上 油 浸 盘 根 或 棉 布 条 。 5、 施 工 钻 孔 时 先 将 下 套 管 部 分 钻 孔 施 工 完 毕 。 孔 深 为 10.2m， 孔 径 为 130mm， 并 将 孔 内 的 岩 粉 冲 干 净 后 ， 向 孔 内 下 入 长 10m、 直 径 89mm 的 套 管 ， 使 用 高 标 号 水 泥 固 定 好 套 管 ， 然 后 再 施 工 探 放 水 孔 。 6、 施 工 探 放 水 钻 孔
12、之 前 用 皮 带 或 厚 1.0mm， 1.01.0m 的 钢 板 做 一 个 挡 水 板 ， 挂 在 钻 孔 和 钻 机 之 间 ， 用 铁 丝 把 挡 水 板 的 四 角 固 定 在 巷 帮 、 顶 的 锚 杆 上 ， 防 止 孔 内 高 压 水 喷 出 伤 人 。 7、 钻 进 过 程 中 若 出 现 不 正 常 的 振 动 、 进 尺 过 慢 、 钻 机 扭 距 加 大 、 钻 速 减 缓 或 孔 内 出 水 量 变 小 时 ， 必 须 提 钻 检 查 ， 并 来 回 扫 孔 ， 直 至 正 常 时 方 可 继 续 施 工 。 8、 接 、 卸 钻 杆 时 ， 施 工 人 员 必 须
13、 站 在 机 身 的 一 侧 ， 不 得 站 在 机 身 的 正 后 方 正 对 孔 口 的 地 方 ， 防 止 孔 内 钻 杆 滑 出 伤 人 。 9、 施 工 过 程 中 钻 机 的 回 转 器 后 退 时 ， 必 须 确 认 钻 机 的 夹 持 器 已 经 夹 住 孔 内 的 钻 杆 后 ， 方 可 后 退 ， 防 止 孔 内 钻 杆 滑 出 孔 外 。 10、 施 工 过 程 中 发 现 有 塌 孔 卡 钻 现 象 时 ， 必 须 及 时 采 取 点 转 、 换 低 速 大 扭 矩 、 加 长 洗 孔 时 间 、 边 旋 转 边 向 外 抽 等 措 施 进 行 处 理 ， 处 理 好
14、后 要 来 回 扫 孔 ， 直 至 正 常 时 方 可 继 续 钻 进 。 五 、 套 管 的 运 输 、 下 入 及 固 定 （ 一 ） 套 管 运 输 1、 套 管 装 车 运 输 及 人 工 搬 运 时 一 定 要 注 意 保 护 套 管 丝 头 。 2、 在 运 输 及 安 装 套 管 时 要 防 止 套 管 掉 落 砸 伤 或 挤 伤 人 员 。 （ 二 ） 下 入 套 管 1、 下 套 管 前 ， 使 用 帮 机 在 钻 孔 的 两 侧 各 0.3m 处 分 别 施 工 一 个 锚 杆 眼 ， 并 锚 固 一 根 20mm， L=1800mm 的 锚 杆 ， 以 便 下 套 管 时
15、 拉 住 套 管 。 2、 把 6.2mm 的 钢 丝 绳 的 一 端 拴 在 孔 口 周 围 的 锚 杆 上 ， 用 钢 丝 绳 将 套 管 拴 住 ， 钢 丝 绳 的 另 一 端 缠 在 另 一 个 锚 杆 上 并 且 由 施 工 人 员 拉 住 ， 防 止 套 管 下 滑 。 3、 下 套 管 时 ， 用 链 钳 将 套 管 丝 扣 连 接 牢 固 ， 然 后 将 套 管 推 入 孔 内 ， 若 人 工 向 里 推 不 动 套 管 ， 则 在 套 管 口 上 垫 一 个 木 托 盘 ， 用 钻 机 夹 着 钻 杆 将 套 管 推 入 孔 内 。 4、 接 套 管 时 ， 先 将 孔 内
16、的 套 管 用 钢 丝 绳 拴 住 防 止 滑 出 孔 外 ， 然 后 再 回 退 钻 杆 ， 接 上 另 一 根 套 管 ， 推 入 孔 内 ， 如 此 往 复 ， 直 到 下 完 所 有 套 管 。 5、 所 有 套 管 下 完 后 ， 把 一 根 长 约 2.0m、 直 径 4 分 、 外 带 阀 门 的 镀 锌 钢 管 插 入 套 管 与 孔 壁 间 的 缝 隙 中 ， 以 便 通 过 钢 管 向 孔 内 注 浆 。 （ 三 ） 固 定 套 管 1、 套 管 下 完 后 ， 然 后 用 树 脂 锚 杆 药 卷 将 套 管 与 孔 壁 的 缝 隙 封 堵 严 密 。 2、 提 前 接 好
17、 注 浆 泵 压 风 管 、 吸 浆 管 、 排 浆 管 ， 启 动 注 浆 泵 ， 将 水 泥 浆 注 入 套 管 与 孔 壁 周 围 ， 直 到 有 浆 液 从 套 管 内 流 出 为 止 。 3、 水 泥 浆 凝 固 后 ， 接 钻 杆 扫 孔 至 孔 底 。 4、 扫 孔 完 毕 后 ， 在 套 管 上 安 装 上 阀 门 和 压 力 表 ， 并 将 阀 门 关 闭 ， 把 供 水 管 接 到 套 管 上 ， 打 开 供 水 阀 门 把 水 注 入 孔 内 ， 做 耐 压 试 验 ， 当 压 力 达 到 4MPa 时 ， 则 停 止 注 水 ， 仔 细 观 察 套 管 是 否 松 动
18、其 周 围 是 否 漏 水 ， 持 续 30min 后 ， 经 现 场 检 验 合 格 后 ， 方 可 施 工 钻 孔 。 5、 若 套 管 固 定 不 合 格 则 用 钢 丝 绳 将 套 管 拴 住 ， 用 钻 机 将 套 管 从 孔 内 抽 出 ， 重 新 刷 孔 重 新 下 套 管 重 新 注 浆 固 定 ， 直 至 套 管 固 定 合 格 为 止 。 六、安全技术措施 1、施工现场必须配备瓦斯便携仪一台，由专人负责看管、检测 钻场周围及孔内瓦斯浓度，如瓦斯超限立即查明原因进行处理。并 设专职瓦检员进行现场交接班。 2、施工期间，加强机电检查，杜绝失爆现象。另外，要加强 10#行人巷临时
19、排水点、临时水仓排水点及中央泵房机电设备检修， 确保其综合排水能力。 3、钻孔打入老空出水后，首先关闭所有阀门测量水压，然后进 行单孔放水，并通过阀门控制其出水量，总出水量控制在 150m3/h 以内，或以排水系统综合排水能力相匹配。孔底以上老空区积水放 完的标准是：孔内无水或有少量水流出，关闭阀门后其水压与孔口 孔底间压差相近时，且经人工投孔后仍无水流出或水量不再增大时， 则可认为该区域放水结束。 4、钻进至采空区时，如发现水压、水量突然增大、顶钻等异常 现象时，必须立即停止钻进，不得拔出钻杆，用上部阀门卡住钻杆， 然后用最快速度退出下部钻杆，关闭阀门观测水压，同时要立即向 调度室汇报，并派
20、人监测水情。如果发现情况危急时，立即撤出所 有受水害威胁地区的人员，然后采取措施进行处理。 5、此次探水施工由调度室统一调度，施工过程中如发现异常情 况应及时通知调度室再由调度室通知井下所有受水害威胁区域人员 撤出。 6、钻机必须固定牢靠，保证钻进时不移位。注浆固管及做耐压 试验时，探水队提前通知调度室 、防治水科、安全科 ，经上述部 门联合验收合格后方可继续施工。 7、成立 4 号煤采空区积水探放工作领导小组，由总工程师、安 全矿长任组长，生产矿长、机电矿长、通风矿长任副组长，防治水 科、安全科、机电科、通风科、调度室负责人任成员，领导小组下 设办公室，办公室主任由调度主任担任，统一平衡解决施工中遇到 的问题。 8、避水灾路线 路线一：施工地点6 号轨道大巷6 号集中轨道巷副井地 面 路线二：施工地点6 号轨道大巷行人斜巷行人斜井地 面 未尽之处严格按照煤矿安全规程 、 煤矿防治水规定执行。 附：1、钻孔布置平、剖面图 2、钻孔套管结构示意图 3、排水系统示意图 4、避灾路线图 永聚煤业 4 号煤采空区积水探放水钻孔设计 编 制： 审 核： 科 长： 总 工： 二一三年四月七日
