60101及100101工作面上覆含水异常区探放水技术方案
60101及100101工作面上覆含水异常区探放水技术方案
一、概况
60101采煤工作面位于601采区西部，距6号煤层回风大巷320m,长度1050m,宽为180m,运输顺槽高程855～870m,回风顺槽高程865～880m,走向方位角346°,煤层倾角0～3°，6号煤平均煤厚1.4米。
100101采煤工作面位于1001采区西部与60101工作面重叠布置，长同60101工作面，宽为150m，两顺槽各内缩15m，运输顺槽高程812.1～825.6m,回风顺槽高程825.5～834.1m,走向、倾向基本同于6号煤层，10号煤平均煤厚为6.9米。顶板为石灰岩，含岩溶裂隙水。
地面相对位置为大七公路西侧,多为黄土卯梁和沟谷,高程在975～1047m之间，无地表水体和河流。
二、地质及水文地质状况
1、地层
本区属华北型石炭二迭系煤田，区内地层由新到老分别为：第四系(Q)、上第三系(N)二叠系(P)、石炭系(C)和陶奥系(O)。
10号煤底板距陶奥系石灰岩平均厚55、5m,含煤岩系属石炭系上统太原组，距6号煤层40左右，多为石灰岩，间有泥岩和砂泥岩。6号煤以上为二叠系下统山西组，至4号煤层间距约30m。
2、地质采矿条件
100101采煤工作面长1050m,宽150m,倾角0～3°之间，个别地段为-3°左右，煤层走向大致为330～340°，倾向240～250°，倾角3～6°，煤厚平均6、9m,直接顶为石灰岩，厚度16m以上，含岩溶裂隙水，底板为泥岩，含泥质、粘土质等。
60101工作面位于100101工作面之上，宽度180m,其他产状相同，煤厚平均1.4m左右，直接顶为3.5m左右泥岩，地板也为灰黑色泥岩。
其中石炭系上统太原组6号煤以上厚度11.91-18.60m，平均15.26m，由灰黑色泥岩、砂质泥岩、灰色细砂岩、青灰色石灰岩等组成;二叠系下统山西组4号煤以下厚度15.34m-24.05m,平均19.70m,由灰色泥岩和5号煤等组成。本孔施工地点位于6号煤层层位，开孔层位为6号煤层顶板泥岩，钻进至4号煤层底板灰黑色砂岩互层，进入异常区，将异常区积水排出即达到施工目的。本孔揭露层位为6、 4号煤之间的地层，平均厚度约34.96m，6号煤与10号煤之间分布有L1灰岩、K2灰岩及泥岩等，平均厚度37.4m。
3、地表水
本井田内无常年性地表河流和其它水体，仅几条较大沟谷在雨季有短暂洪水通过，西北转南汇入三川河，三川河向西南排向黄河。
4、主要含水层
1、石炭系上统太原组灰岩岩溶裂隙含水层
据井田南8.5KM的20号孔和0.2KM的12号孔及ZK3--1水文孔资料，太原组合水层主要为三层石灰岩，从上到下为L5.L4.L1，总厚约25.55M，灰岩裂隙较发育，岩芯较破碎。钻孔在灰岩地层中，大部分出现孔漏的情况，含水层顶板埋深在86.43-279.40M，单井出水量大于1000t/d.单位涌水量12号孔为q=0.0047L/S.M,20号孔为0.207L/S.M,ZK3--1为0.00205L/S.M,渗透系数12号孔为0.0131M/d,20号孔为1.23m/d,水位标高分别为929.44m和946.67m及921m。水质类型为HCO3-Ca·Ma·Na型，矿化度0.464g/L。
2、二叠系碎屑岩类砂岩裂隙含水层
井田内含水层无出露，含水层以细、中细砂岩为主，平均厚度17.9m。含水层裂隙不发育，富水性弱。顶板埋深为37.73-206.55米，单井涌水量小于10t/d。单位涌水量12号孔为q=0.0008L/sm，20号孔为0.22L/sm，渗透系数12号孔为0.0028m/d,20号孔为0.012m/d，水位标高分别为955.62m和972.04m。水质类型为HCO3·SO-Ca·Mg·Na型，矿化度0.696g/L。该含水层不连续，富水性差。
3、第四系、上第三系孔系含水层
第四系中、上更新统出露高，补给条件差，含水层连续性差，基本属透水不含水层。
全新统主要分布于井田沟谷中及北部边缘，含水层以砂砾石层位主，厚度小，富水性也较弱。水质属HCO3·SO-Ca·Mg型，矿化度0.544g/L。
上第三系新统广泛出露与井田沟谷中，含水层为砂砾岩，民井出水量10t/d。水质属HCO3-Na型，矿化度为0.347g/L。
5、主要隔水层
1、山西组隔水层
山西组5号煤以下至太原组L5灰岩之间是以粘岩为主，砂、泥岩互层，厚度13m主要，连续稳定，其中泥岩、粘土岩隔水性好，是良好的隔水层。
2、本溪组隔水层
本溪组平均厚35.33m,岩性主要为泥岩、铝土岩、粉砂岩和砂岩，给组有时夹薄层石灰岩或薄煤层，其中泥质岩隔水性能好，在区域内稳定，是良好的隔水层。
6、工作面水文地质状况
工作面范围内无含水断层和陷落柱，煤层底板距奥灰水较远且有隔水层，工作面标高大于奥灰水静止水位。
10号煤顶板石灰岩为弱富水性，富水不均匀，掘进时个别地段顶板上现淋水，但水量不大。
6号煤工作面顶、底板为泥岩，未出现有淋水等状况。其上部4、5号煤有开采，在该工作面上方部分地段有采空区积水，主要分布在工作面起始位置和距停采线200～500m范围。
7、物探成果
根据中煤科工集团西安研究院在100101工作面顶板及切眼北含水井下瞬变电磁物探成果分析在100101工作面顶板上0～100m范围内分布有4个异常区。
(1)1号异常区在100101工作面切眼退100～200m左右，在上40m范围内推断可能是顶板灰岩含水所致。
(2)2号异常区在工作面200～500m，,10煤上方80m范围内，推断可能是4号煤层采空区积水。
(3)3号异常区在工作面停采线附近，10号煤上40、60、80m范围内均有异常，推断可能是4、5号煤层开采所致。
(4)4号异常区在切眼外60m，推断可能是10号煤采空巷道影响。
为确保工作面的安全施工，坚持“有疑必探，先探后掘”的原则，必须提前对工作面上方含水异常区进行探放水。
三、探放水施工方案
经分析，决定采用井下钻孔探放，60101两个顺槽施工8个钻场，10号两顺槽切眼外施工2个钻场。
(一)、钻孔布置方案
1号异常区：在100101工作面顺槽距切眼100m处布置钻场，每个钻场设置2个钻孔，从10号煤施工至6号煤层，主要是探放本异常区顶板石灰岩岩溶水。
2号异常区：在60101两个顺槽内布置钻场，从6号煤施工仰角孔至4号煤层，两顺槽各部置4个钻场，间距100m，每个钻场布置3个钻孔，1个对工作面外进行探放，2个探放工作面内异常区积水。
3号异常区：在6号煤回风上山或回风绕道内布置钻场，从6号煤钻探施工至4号煤层，具体方案另定。
4号异常区在切眼60m以外，根据省专家分析其对开采不会有影响，故不再对本异常区进行探放水。
(二)、钻孔结构
1、 10号煤钻孔：仰角35°，孔深70m,套管10m,Φ113mm孔径55mm，下入Φ108mm，Φ65mm孔径终孔至6号煤层。
2、 6号煤钻孔：仰角35°，孔深70m,套管5m,Φ113mm孔径55mm，下入Φ108mm孔口管5m，Φ65mm孔径终孔至4号煤层。
四、钻孔设计及技术要求
1、钻机型号及其它材料：
(1)钻机：ZLJ-650型钻机;
试压泵：NBB250/50泥浆泵，作为注浆及试压设备。
(2)其它材料：规格Φ108mm、厚壁4.5mm的地质钢管(最上一节焊接相应法兰盘)备足三孔使用，Φ108mm闸阀(耐压力>2.5MPa)3个。
2、施工设计
(1)钻场施工
钻场利用现有巷道，支护完好，无空顶、无悬矸、无离合顶，施工点里外各10m范围内无杂物，底板平整，无浮矸。要求钻场高度不低于4.0m。
(3)套管固管
将套管下入孔内规定的深度，将配制好的水泥浆(水泥用425#，水泥：水=2∶1)通过注浆泵注入孔内，凝固48小时后做耐压实验，待压力达到2MPa时，调整泵量，保持压力5min，若孔口管无松动、管外无返水，则孔口管固管成功。
3、施工方法
(1)钻孔测放
由矿技术人员按设计测放钻孔方位及仰角，施工方严格按矿技术员测放钻孔参数施工。
(2)用Φ113mm钻头钻进5.5m，下入Φ108mm套管不少于5m(第一节上部焊接相应的法兰盘)，用泥浆泵将配制好的浓水泥浆(水泥标号425#，水泥：水=2∶1)压入孔内，至管外返浆为止。待固管水泥凝固48小时后，用Φ65mm钻头扫孔，用注浆泵向孔内压水，做耐压实验，待压力达到2Mpa时，调整泵量，保持压力5min，若孔口管无松动、管外无返水，则孔口管固管成功;若孔口管松动或管外返水，扫孔后重新固管，直至固管成功;重新注浆固管不成功时，起出孔口管，若孔口管无法起出，则封孔后重新开孔。固管成功后用Φ65mm钻头无芯钻进穿过4#煤层。
1、6#运输顺槽
第一钻场：6#点前13.7m左帮处
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。
第二钻场：8#点后10.7m左帮处
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。
第三钻场：距第二钻场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。
第四钻场：距第三钻场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#回风顺槽
第一钻场：7#点后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。
第二钻场：距第一钻场 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。
第三钻场：距第二钻场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。
第四钻场： 距第三钻场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#运输顺槽钻场，13#点左帮
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#回风顺槽钻场，15#点后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、钻探施工方案
由矿各相关部门配合探水队施工，先施工60101运输顺槽钻孔，根据钻场设计顺序依次施工。技术人员测量放水量，严格检查记录放水效果，确保积水疏放干净。
2、检 查 安 全 退 路 。即 避 灾 路 线 内 不 许 有 矿 车、木 料、杂 物 等 阻塞，要时刻保证畅通无阻。打钻地点或附近必须安设专用电话。
3、组织培训有关探放水人员学习了解探水钻机的使用操作说明，操作人员要勤保养钻机，学习本工作面作业规程及探放水安全技术措施的规定。
4、注意检查观测安钻场地周围出水征兆，顶板、巷道支护和通风情况，安全情况好，方可安装钻机。
5、安装探水钻机必须平稳牢固，按规定打牢立柱和栏板。开机前要检查钻机是否平稳牢固，各部紧固件有无松动情况。检查抱闸的松紧程度是否合适，送水器转动是否灵活，输水胶管是否固定，以防止转动。
6、安装安全套管。在孔口设置安全阀门，控制水量，防止钻眼被水冲刷扩大，并测定水头压力，钻机进仰角超过25°时，不准在套管下方操作，以免套管滑落伤人。
7、采用锚索锚杆将托板安装在孔口煤壁上，必须安装牢固，以避免高压水顶出钻杆、喷出碎石伤人。
8、 须有瓦斯检查员检查空气成份，如果瓦斯或其他有害气体浓度超过《 煤 矿 安 全 规 程》规 定 时，必 须 立 即 停 止 钻 进，切 断 电 源，撤 出人员并上报调度室及时处理。
9、撤钻时要准备好木塞、麻袋等物，加固巷道道支护，疏通
清理好水沟、水仓，配备好水泵等排水设施，不能使水积聚，并通知水泵房作好抽水准备。
10、放水时要专人监测出水变化情况，记录放水量，发现异常及时处理。
11、放水时若遇钻孔不出水或水流大小不匀时，要小心谨慎
地用钻杆通透堵眼杂物。
七、避灾路线
60101顺槽工作面—6#运输上山—通风行人巷--主斜井—地面
附： 1、60101顺槽工作面探放水钻孔布置示意图。
2、100101工作面顶板瞬变电磁电阻率异常图。
3、避灾路线图
王家庄煤业有公司
2013年8月25日
