庚20-21050掘進(jìn)工作面防治水設(shè)計(jì)

平煤股份二礦

庚20-21050掘進(jìn)工作面防治水設(shè)計(jì)

 

 

 

 

編 制：林文明

 

審 核：

 

首席工程師：

 

副總（隊(duì)長(zhǎng)）：

 

總 工 程 師：

 

 

 

平煤股份二礦地測(cè)隊(duì)

2010年2月28日

 

 

 

庚20-21050掘進(jìn)工作面防治水設(shè)計(jì)

 

一、概況：

庚20-21050掘進(jìn)工作面位于二水平庚一采區(qū)東翼南部，東到一礦工業(yè)廣場(chǎng)煤柱線，西到庚一皮帶下山，南鄰庚20-21030采空區(qū)，根據(jù)庚20-21030采面、剖面圖分析，老空積水面積73576m2，積水量44145 m3， 最大水頭29m。北隔一區(qū)段與庚20-21090采面相鄰，東南上部為一礦己組水倉(cāng)。地面位于落鳧山東段，石油公司西北約500 m處，地面無(wú)建筑物。風(fēng)巷走向長(zhǎng)975m，機(jī)巷走向長(zhǎng)924m，該工作面在庚20煤層內(nèi)施工，頂板為L(zhǎng)6石灰?guī)r，厚4.2m；底板為灰色砂質(zhì)泥巖，厚1.7m。

該掘進(jìn)工作面地質(zhì)構(gòu)造以斷層為主，受構(gòu)造影響局部有起伏，局部頂板有裂隙，裂隙可能涌水。目前庚一各觀測(cè)孔水位如下：庚20-21090風(fēng)巷西觀測(cè)孔水位：-416.5m；庚一皮帶下山觀測(cè)孔水位：-388.5m。水位取最高值，以庚一皮帶下山觀測(cè)孔水位：-388.5m為庚一采區(qū)寒武系灰?guī)r水位。推測(cè)該面風(fēng)巷標(biāo)高-380～-401m，機(jī)巷標(biāo)高-409～-421m。該面機(jī)巷、切眼底板寒武系灰?guī)r最大水壓為0.325MPa，風(fēng)巷水壓為0MPa。庚20-21030掘進(jìn)時(shí)最大涌水量25m3/h，采煤時(shí)最大涌水量40m3/h；庚20-21090掘進(jìn)時(shí)最大涌水量15m3/h，根據(jù)庚20-21030及庚20-21090工作面在采煤及開采后的涌水量分析，預(yù)計(jì)庚20-21050在掘進(jìn)期間正常涌水量25-30m3/h，最大涌水量為60m3/h。-500水倉(cāng)倉(cāng)容3000 m3，排水能力520 m3/h，滿足排水要求。

二、庚20-21050掘進(jìn)工作面安全掘進(jìn)分析

1、掘進(jìn)巷道底板隔水層安全水壓的計(jì)算

（1） 計(jì)算公式

p= 2kp +γt

式中：p——底板隔水層能承受的安全水壓，（MPa ）;

t——隔水層厚度，（m）；

L——巷道寬度，（m）；

Kp——底板巖石抗拉強(qiáng)度，（MPa）；

γ——底板隔水層的平均重度，（MN/ m3）。

（2）計(jì)算參數(shù)的選取和換算

①庚20煤層底板隔水層厚度，即庚20煤層底板至寒武系灰?guī)r頂面厚度15.3～42.84m，平均21.6m。本設(shè)計(jì)采用最小值15.3m（數(shù)據(jù)采集：庚20-21050工作面附近揭露的鉆孔）。

②巷道寬度，L取4.6m；

③底板巖石抗拉強(qiáng)度，依據(jù)煤層底板巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試結(jié)果，巖石的抗張強(qiáng)度，取平均值1.5MPa（二礦地質(zhì)報(bào)告）。

④底板隔水層的平均重度γ，庚20煤層底板0.0224MN/m3（實(shí)測(cè)）。

（2）計(jì)算結(jié)果

p=2×1.5× ＋0.224×15.3=33.53MPa

依據(jù)上述公式及所確定的各項(xiàng)參數(shù)，計(jì)算得出底板隔水層能承受的安全水壓為33.53MPa。

（4）計(jì)算結(jié)果分析

依據(jù)庚一采區(qū)寒武系灰?guī)r水位-388.5m,機(jī)巷實(shí)際水壓最大值為0.325MPa，小于計(jì)算值33.53MPa。計(jì)算得底板隔水層能承受的水壓大于實(shí)際底板隔水層承受的水壓，在正常情況下掘進(jìn)是安全的。

2、掘進(jìn)巷道安全隔水層厚度的計(jì)算

（1）、計(jì)算公式

 

式中 t--安全隔水層厚度，m；

L--巷道底板寬度，m；

--底板隔水層的平均重度， MN/m3；

Kp--底板隔水層的平均抗拉強(qiáng)度，MPa；

p--底板隔水層承受的水頭壓力，MPa。

（2）、計(jì)算參數(shù)的選取和換算

①.巷道底板寬度，L取4.6m；

②.底板隔水層的平均重度：庚20煤層底板0.0224MN/m3（實(shí)測(cè)）。

③.底板巖石抗拉強(qiáng)度，依據(jù)煤層底板巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試結(jié)果，巖石的抗張強(qiáng)度，取平均值1.5MPa（地質(zhì)報(bào)告）。

④.底板隔水層承受的水頭壓力0.325MPa。

（3）、計(jì)算結(jié)果

=1.437

依據(jù)上述公式及所確定的各項(xiàng)參數(shù)，計(jì)算得出掘進(jìn)巷道安全隔水層厚度為1.437m。

（4）、計(jì)算結(jié)果分析

庚20-21050掘進(jìn)工作面庚20煤層底板隔水層最小厚度為15.3m，大于計(jì)算得出掘進(jìn)巷道安全隔水層厚度1.437m。在正常情況下掘進(jìn)是安全的。

3、掘進(jìn)巷道突水系數(shù)的計(jì)算

（1）、計(jì)算公式

 

式中 Ｔ--突水系數(shù)，MPa/m；

p--底板隔水層承受的水壓，MPa；

M--底板隔水層厚度，m。

（2）、計(jì)算參數(shù)的選取和換算

①.底板隔水層承受的水壓0.325 MPa；

②.底板隔水層厚度15.3m。

（3）、計(jì)算結(jié)果

= 0.02124

庚20-21050突水系數(shù)0.02124 MPa/m。

（4）、計(jì)算結(jié)果分析

庚20-21050突水系數(shù)0.021 MPa/m，小于0.06 MPa/m（《煤礦防治水規(guī)定》底板受構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)一般不大于0.06 MPa/m，正常塊段不大于0.1 MPa/m。），在正常情況下掘進(jìn)是安全的。

4、根據(jù)該面四鄰及上、下水文地質(zhì)情況分析：風(fēng)巷東段上部一礦己組水倉(cāng)充水約13800m3/h，和庚20煤頂板層間距約69m，庚20-21030采煤已泄水，分析基本無(wú)威脅，掘進(jìn)到此處時(shí)加強(qiáng)頂板和迎掌水文觀測(cè)；庚20-21050風(fēng)巷底板已遭受庚20-21030采煤時(shí)破壞泄水，由于風(fēng)巷底板寒武系水壓為0 MPa，風(fēng)巷主要受庚20-21030老空水威脅，必須探放老空水。切眼處31—11鉆孔距上部水倉(cāng)近，封孔不詳，偏斜不詳，需在距鉆孔20m前查清，采取措施。

根據(jù)以上底板隔水層安全水壓的計(jì)算、安全隔水層厚度的計(jì)算、突水系數(shù)的計(jì)算，機(jī)巷和切眼正常掘進(jìn)情況下是安全的。為了防止斷層裂隙或巖溶裂隙導(dǎo)水，保證施工安全，機(jī)巷從開口至300m處執(zhí)行全過(guò)程鉆探；300m后執(zhí)行物探先行、鉆探驗(yàn)證；切眼必須采用下山施工，執(zhí)行全過(guò)程鉆探。

三、管路、供電及排水設(shè)備

⑴、風(fēng)、機(jī)巷每掘進(jìn)300m左右，需在低洼處做一個(gè)水倉(cāng)（容積不小于15 m3（長(zhǎng)×寬×深，5×3×1m 深是底板以下1m）。

⑵、水泵型號(hào)：2臺(tái)IS100—65—250水泵，單泵排水量100m3/h，揚(yáng)程80m，配電機(jī)37Kw。

⑶、風(fēng)、機(jī)巷均安裝2趟4吋專用排水管路，排水設(shè)備必須跟上施工進(jìn)度。

⑷、依據(jù)排水量及排水路線，每個(gè)水倉(cāng)處安裝水泵2臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，分別連接到2趟4吋排水管上，必須保持排水設(shè)備完好。

⑸風(fēng)機(jī)巷供電線路：風(fēng)、機(jī)巷均采用專用供電線路，機(jī)巷兩趟專線、風(fēng)巷一趟專線和一趟普通線路，保證每個(gè)水倉(cāng)排水設(shè)備能隨時(shí)切換電源。

⑹排水線路：①風(fēng)巷、切眼→庚20-21050風(fēng)巷→庚一皮帶下山水溝→庚一中部水倉(cāng)。

②機(jī)巷→庚20-21050機(jī)巷→庚一皮帶下山水溝→庚一中部水倉(cāng)。

四、超前探放水設(shè)計(jì)

㈠、庚20-21050機(jī)巷、切眼施工超前距的選取

按照《煤礦防治水規(guī)定》超前距的留設(shè)，采用以下公式計(jì)算：

L----超前距的長(zhǎng)度（m）；

K----安全系數(shù)（一般取2—5）；

M----煤層厚度或采高（m）；

P----底板含水層水壓（kgf/cm2）;

Kp----煤的抗張強(qiáng)度（kgf/cm2）。

庚20-21050機(jī)巷、切眼計(jì)算時(shí)K取3.5，煤層厚度1.85m（巷道高2.6m），水頭壓力3.25kgf/cm2，煤層的抗張強(qiáng)度取值8.5kgf/cm2，計(jì)算出超前距。

機(jī)巷、切眼：L=0.5×3.5×2.6×

=4.87m

計(jì)算分析：計(jì)算得出超前距為5m。為了保證掘進(jìn)的安全，機(jī)巷及切眼施工執(zhí)行10m超前距，切眼必須采用下山施工。

㈡、物探

1、物探范圍：機(jī)巷開口300m后至切眼。

2、由于YDZ(A)直流電法儀使用的局限性，開始施工先用鉆探，施工長(zhǎng)度達(dá)300m時(shí)再進(jìn)行直流電法儀超前循環(huán)探測(cè)，探測(cè)距離60m，如果沒有發(fā)現(xiàn)富水異常區(qū)，可以向前掘進(jìn)施工50m；探測(cè)發(fā)現(xiàn)富水異常區(qū)，則在距離富水異常區(qū)10m處開始用探放水鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆探驗(yàn)證。如果鉆孔涌水量小于10m3/h，并無(wú)其它異常時(shí)可以向前施工，直至越過(guò)富水異常區(qū)，但要密切注意巷道頂?shù)装宓淖兓闆r；如果鉆孔涌水量大于10m3/h，需要對(duì)富水異常區(qū)進(jìn)行疏水降壓或底板注漿加固，直至鉆孔涌水量小于10m3/h時(shí)方可向前掘進(jìn)。

㈢、鉆探

1、鉆探范圍：機(jī)巷前300m、物探異常區(qū)、切眼以及物探不能采集數(shù)據(jù)地段。

2、超前探水鉆機(jī)、鉆孔設(shè)計(jì)及鉆孔參數(shù)：

采用ZK-75型探水鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆探，超前探水距離正前方鉆孔為20m，向兩幫探測(cè)距離21m，每次施工必須保持10m超前距，循環(huán)進(jìn)行超前探水。

孔號(hào)
方位角°
傾角°
孔徑mm
孔深m

1
沿機(jī)巷（切眼）方向南偏27°
平行煤層頂板
44
21

2
切眼方向
沿切眼傾角
44
20

3
沿機(jī)巷（切眼）方向南偏27°
平行煤層頂板
44
21
 

3、孔口測(cè)壓裝置設(shè)計(jì)及安裝要求

①.孔口管采用89mm鋼管，長(zhǎng)度5m。

②.測(cè)壓裝置設(shè)計(jì)詳見測(cè)壓裝置示意圖。

③.鉆孔鉆進(jìn)5m后停止鉆進(jìn)，擴(kuò)孔，擴(kuò)孔時(shí)孔要擴(kuò)直，出凈虛渣。

④.采用混凝土封堵，為防止注漿時(shí)堵住空氣，加注前應(yīng)在孔內(nèi)插入塑料管，以排出空氣。

⑤.封孔完畢后，準(zhǔn)備掃孔試壓，其間隔不少于24小時(shí)。

⑥.掃完孔后，裝好試壓裝置，隨即進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試壓耐壓值不小于0.5MPa，耐壓時(shí)間不小于30分鐘，合格后方可打鉆探水，否則必須從新施工直到合格。

4、探放水點(diǎn)排水設(shè)施及供電

①.排水線路：探、放水點(diǎn)→庚20-21050機(jī)巷巷→庚一皮帶下山排水溝→庚一中部水倉(cāng)。

②打鉆前，應(yīng)先在探水點(diǎn)附近低洼處掘好水倉(cāng)或水窩，機(jī)巷水倉(cāng)應(yīng)設(shè)在機(jī)巷上幫一側(cè)，且在附近相對(duì)低洼處，減小下個(gè)工作面風(fēng)巷掘進(jìn)時(shí)老空水威脅。

③.水泵排水能力不小于100m3/h，揚(yáng)程不小于50m。

④每個(gè)探放水點(diǎn)泵窩、水倉(cāng)處均安裝水泵2臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，配套電機(jī)37kw，分別連接到2趟4吋排水管上。

⑤探、放水點(diǎn)采用2趟專用供電線路，保證隨時(shí)切換可用。

㈣、探放老空水

本設(shè)計(jì)對(duì)庚20-21050風(fēng)巷南幫進(jìn)行探放老空水，解除水害威脅。

1、根據(jù)庚20-21030采面、剖面圖分析，老空積水面積73576m2，積水量44145 m3，最大水頭29m。由于庚20-21050風(fēng)巷和原庚20-21030機(jī)巷之間設(shè)計(jì)煤柱約6m，庚20-21030機(jī)巷在下幫有7個(gè)水倉(cāng)，最深達(dá)5m。庚20-21030機(jī)巷有9條斜交斷層。風(fēng)巷開始掘進(jìn)就開始進(jìn)行探放老空水，利用現(xiàn)有巷道作為探放老空水鉆場(chǎng)。

2、鉆機(jī)型號(hào)

煤礦用巖石電鉆，型號(hào)：KHYD140DLAB型，電機(jī)功率：5.5KW。

3、鉆孔設(shè)計(jì)

根據(jù)庚20-21030機(jī)巷剖面和庚20-21050風(fēng)巷具體情況，設(shè)計(jì)30組鉆孔，每組不少于2個(gè)鉆孔，孔深6.5m，孔間距不得小于3m，共計(jì)60個(gè)鉆孔，孔徑56mm。鉆孔與風(fēng)巷垂直。除此外，掘進(jìn)時(shí)側(cè)上幫、頂板、如出現(xiàn)滴、淋、滲水現(xiàn)象，立即停止掘進(jìn)，執(zhí)行探、放水。

從第一個(gè)探放水孔開始，經(jīng)確認(rèn)探放水完畢，允許施工后方可向前施工。以后標(biāo)高每下降1m，布置鉆孔一組，循環(huán)往前進(jìn)行探放庚20-21030老空水，直至老空水被放完。

4、單孔設(shè)計(jì)

各孔均布置在庚20煤層中，開孔孔徑選用直徑96 m m的鉆頭鉆進(jìn)，鉆2.7m時(shí)，停止鉆進(jìn)，下入直徑89mm長(zhǎng)2.5m的孔口管?？卓诠馨惭b閥門，采用纏布打入、錨桿加固的方法，孔口處用混凝土封堵。

第一個(gè)鉆孔仰角需根據(jù)孔口處頂板仰角確定，實(shí)際仰角應(yīng)比該孔口處頂板仰角大8°,孔口位置距離頂板1.2ｍ，透口距庚20-21030機(jī)巷頂板約0.40m。第二個(gè)鉆孔仰角根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定，透口距庚20-21030機(jī)巷底板板約0.40m

5、探放老空水點(diǎn)排水設(shè)施

①.排水線路：探水點(diǎn)→就近風(fēng)巷水倉(cāng)→庚一皮帶下山排水溝→庚一中部水倉(cāng)。

②打鉆前，應(yīng)先在探水點(diǎn)附近低洼處掘好水倉(cāng)或水窩，風(fēng)巷水倉(cāng)應(yīng)設(shè)在風(fēng)巷下幫一側(cè)，且在相對(duì)低洼處。

③.水泵排水能力不小于100m3/h，揚(yáng)程不小于50m。

④每個(gè)探放水點(diǎn)泵窩、水倉(cāng)處均安裝水泵2臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，配套電機(jī)37kw，分別連接到2趟4吋排水管上。

⑤探、放水點(diǎn)采用1趟專用供電線路和一趟普通線路，保證隨時(shí)切換可用。

五、超前探和探放老空水安全技術(shù)要求

1.由地測(cè)部門負(fù)責(zé)給定探、放水位置、鉆孔方位和傾角，確認(rèn)老空水疏放效果，確定允許掘進(jìn)距離及下次探老放空水位置。

2.鉆孔位置應(yīng)布置在煤層穩(wěn)定、無(wú)斷裂構(gòu)造的位置，鉆場(chǎng)10m范圍加強(qiáng)支護(hù)，符合通風(fēng)安全技術(shù)規(guī)定。

3.打鉆前，應(yīng)先在探、放水點(diǎn)附近低洼處掘好水倉(cāng)或水窩。

4.打鉆前，施工單位必須編制打鉆安全技術(shù)措施，經(jīng)審批后方可施工

5.打鉆地點(diǎn)應(yīng)設(shè)專用電話。

6.施工地點(diǎn)所有人員應(yīng)熟知探放水目的和要求，掌握操作規(guī)程、施工安全技術(shù)措施和避災(zāi)路線。

7.探水前，排水設(shè)備完好到位，且進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到要求后方可探水。

8.探水前應(yīng)安裝好閥門，閥門控制靈活可靠，閥門抗壓強(qiáng)度不小于0.5MPa。

9.超前探鉆孔試壓值不得小于0.5MPa，耐壓時(shí)間不小于30分鐘。

10.探水前的準(zhǔn)備工作做好后，由安檢部門組織有關(guān)單位檢查驗(yàn)收，達(dá)到要求后方可打鉆探水。

11.打鉆探水時(shí)，應(yīng)派專職瓦檢員到現(xiàn)場(chǎng)檢查瓦斯及有害氣體。

12.保持探水孔暢通，必要時(shí)用鉆機(jī)透孔。

13.排水過(guò)程中應(yīng)健全排放制度，排水人員要有專人負(fù)責(zé)，現(xiàn)場(chǎng)交接班，保證正常、快速、高效排放。

14.探放老空水標(biāo)高嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)。

以上物探、鉆探及探放老空水安全技術(shù)要求必須嚴(yán)格執(zhí)行。保證庚20-21050掘進(jìn)工作面施工的安全。

六、避災(zāi)路線

機(jī)巷避災(zāi)路線:

機(jī)巷探水點(diǎn)（迎掌）→機(jī)巷→庚一皮帶下山→猴車乘人系統(tǒng)→地面；

風(fēng)巷避災(zāi)路線:

風(fēng)巷探水點(diǎn)（迎掌）→風(fēng)巷→庚一皮帶下山→猴車乘人系統(tǒng)→地面；

切眼避災(zāi)路線:

切眼探水點(diǎn)（迎掌）→風(fēng)巷→庚一皮帶下山→猴車乘人系統(tǒng)→地面；

七、圖件

1.庚20-21050掘進(jìn)工作面機(jī)巷、切眼超前探設(shè)計(jì)圖

2.探水孔及測(cè)壓裝置示意圖

3.探放老空水單孔設(shè)計(jì)示意圖