采空区积水探放设计

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186415m³，补给水量约50m³/h。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

位置 1#钻方位 倾角 孔深 孔径（mm） 开孔 终孔 套管直 径（mm） 套管长度用途 （m） 10 10 测压放水 放水 孔号 （°） （°） （m） TF-1 50 92 37 41 65.4 130 56 64.6 130 56 108 108 场 TF-2 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Ø130mm，下入Ø89mm套管，套管长度不小于10 m，然后更换Ø56mm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2ZBSB0.48-3.6/5-7.5型注浆泵，φ42㎜×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，m3/min； C—流量系数； W—钻孔断面积，m2； g—重力加速度，m/s2；

h—积水压头高度，m； 则：q=60c.w.(2gh)1/2

=60×0.62×0.00246×(2×9.8×85)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→10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，3～5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）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Φ56mm合金钻头或Φ56mm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Φ56mm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Φ130mm，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、施工探放水钻孔之前用皮带或厚1.0mm，1.0×1.0m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Φ20mm，L=1800mm的锚杆，以便下套管时拉住套管。

2、把Φ6.2mm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：

二〇一三年四月七日