L6灰岩水疏水降压孔与观测孔施工方案

附件河南天中煤业有限公司安里煤矿L6灰岩水疏水降压孔与观测孔施工方案二0一四年八月三十日目录1.工程概况..........................................................................................................12.水文地质条件分析..........................................................................................12.1二叠系砂岩裂隙水................................................................................12.2石炭系灰岩岩溶水................................................................................22.3奥陶系灰岩类承压水含水层(O2)........................................................22.4构造的影响............................................................................................32.5安全水头压力、安全隔水层厚度及突水系数计算............................32.6涌水量预测............................................................................................43.施工方案..........................................................................................................43.1疏水降压方案的确定............................................................................43.2设备选择................................................................................................53.3钻场选定与技术要求............................................................................53.4钻孔设计................................................................................................63.5套管........................................................................................................83.6施工技术及注意事项............................................................................93.6钻孔结构..............................................................................................103.7钻孔后期管理......................................................................................114.安全技术措施................................................................................................114.1井下钻场必须具备的安全设施条件及施工前的准备工作..............114.2钻探施工技术要求..............................................................................124.3钻探施工安全措施..............................................................................124.4防止突水的应急措施..........................................................................144.5其他......................................................................................................145.矿井防排水....................................................................................................156.避灾路线........................................................................................................15附图1：回风大巷与机轨大巷L6灰岩钻孔布置平面图.................................16安里煤矿L6灰岩水疏水降压孔与观测孔施工方案11.工程概况安里煤矿回风大巷和机轨大巷为沿地层走向施工的水平巷道，两巷底板标高分别为-470m和-475m，水平间距26m。2014年6月3日，回风大巷掘至493m处揭露FD49断层（倾向135°,倾角66°，落差20m），断层上盘断面较整齐，岩性为中、细砂岩为主，岩层较稳定。下盘主要为薄层状灰黑色泥岩、碳质泥岩、夹0.2米厚煤线，岩层破碎、松软，稳定性差。断层带充填物为碎屑状泥岩、夹煤屑，钻探探测及巷道揭露显示FD49断层不导水。由于受FD49断层破碎带及巷道下伏石碳系太原组L6灰岩承压水的影响，回风大巷过FD49断层自490m至530m的40m段巷道出现顶板下沉、片帮及严重底鼓，致使工作面停止掘进，进行断层带底板注浆加固。为了避免机轨大巷施工中出现类似问题，确保施工安全及巷道工程质量，在机轨大巷距FD49断层15m位置设置钻场对FD49断层带影响区域约60m段的巷道底板进行了注浆加固。图1FD49、FD4断层发育平面示意图2.水文地质条件分析2.1二叠系砂岩裂隙水安里煤矿回风大巷和机轨大巷所处地层为倾向近东北的单斜构造，岩层倾角6－15°。主要地层为二叠系下石盒子组底部与山西组交界处地层区域，充水含水层主要为二叠系下石盒子组（P1x）下部的砂岩裂隙含水（俗称：砂锅窑砂岩），岩性以中粗砂岩为主，厚度约12～19m，充水类型为砂岩裂隙含水。其含、导水性与裂隙发育程度、规模及裂隙的张开性有关，富水性弱～中等，一般含水具可FD49:∠66°H=20m10m80m80m22°30m30m75m22°22°G1G2G3G4G513°DF4:∠70°H=30～132mF36：∠70°H=0～25m机轨大巷回风大巷P1xP1sP1xP1s3#钻场6#钻场7#钻场8#钻场1#联巷20-3380m22°8#钻场80mG639°安里煤矿L6灰岩水疏水降压孔与观测孔施工方案2疏性，但受构造影响区域含水性、导水较好。其上下主要为中厚层砂质泥岩和薄层状泥岩，裂隙发育，局部较破碎。2.2石炭系灰岩岩溶水井田内太原组一般含6层灰岩，厚度45.15～62.56m，平均54.13m。其中顶部的L6灰岩单层厚度最大最稳定，厚5.9～16.74m，平均11.98m（20-3勘探钻孔揭穿L6灰岩厚度为13.5m），上距二2煤平均间距仅15.38m。据勘探报告，该含水层单位涌水量q=0.003～0.423L/s.m，平均0.132L/s.m，渗透系数K=0.041～6.19m/d，水质类型为HCO3-Ca.Mg型水，矿化度0.17～0.33g/L。吴桂桥井田抽水成果还表明，太原组各含水层水力联系密切，在浅部露头区与第四系底部含水层、奥陶系含水层均有水力联系，是开采二煤层的直接充水水源，也是主要充水水源。根据机轨大巷FD49断层带注浆施工钻孔资料，L6灰岩岩溶水对机轨大巷底板静水压约3.0MPa，溶隙发育不均一，富水不均一，钻孔出水具一定补给水源。图2回风大巷与机轨大巷过FD49断层后N60°方向预想剖面图2.3奥陶系灰岩类承压水含水层(O2)厚度11.70～115.28m，岩性主要为石灰岩和白云质灰岩。岩溶溶洞、溶隙发育，单位涌水量q=0.000203～0.928L/s.m，渗透系数K=0.00252～3.185m/d,水质为HCO3-Ca.Mg型。上距L6灰岩底板平均60.0m，为矿井开采的间接充水水-470-480-490-470回风大巷与-475机轨巷预想剖面22m回风大巷机轨大巷-46060°26m30m二煤二煤二煤212-500L6灰岩3安里煤矿L6灰岩水疏水降压孔与观测孔施工方案3源。2.4构造的影响根据勘探报告及实际施工揭露情况，回风大巷和机轨大巷前面主要受FD49断层（∠70°H=30～132m）和DF4断层的影响。另外不排除其它次生构造及其他断裂构造的影响。过FD49断层前,回风大巷和机轨大巷底板与下伏L6灰岩间距分别约为50m、42m。由于受FD49断层抬升作用，预计造成FD49和DF3断层间约400m段两巷道底板与下伏L6灰岩间距变小至30m和22m（见图2）。2.5安全水头压力、安全隔水层厚度及突水系数计算（1）安全水头压力计算根据机轨大巷FD49断层注浆加固资料，机轨大巷过FD49断层后稳定岩层底板安全水头压力计算如下：tLtKp22p2＝12.12MPa＞3.0MPa（公式1）式中p——底板隔水层能够承受的安全水压，MPa；t——隔水层厚度，m，取最小值22.0m；L——巷道宽度，m，取5.0m；——底板隔水层的平均重度，MN/m3，取平均0.023MN/m³；Kp——底板隔水层的平均抗拉强度，MPa，取0.3MPa。（2）安全隔水层厚度计算𝑡=𝐿(√𝛾2𝐿2+8𝐾p𝑝−𝛾𝐿4𝐾p=10.7（m）＜22.0m（公式2）公式1与公式2计算结果基本一致，即一般岩层稳定区域不会造成底板灰岩水直接突水，但也不排除由于掘进施工使巷道围岩应力平衡受到破坏及底板破碎、变薄，受下伏L6灰岩水影响发生底鼓甚至滞后突水的可能。（3）突水系数计算机轨大巷底板突水系数：T＝𝑝𝑀=3.0𝑀𝑃𝑎22𝑚=0.136MPa/m＞1MPa/m(公式3）回风大巷底板突水系数：安里煤矿L6灰岩水疏水降压孔与观测孔施工方案4T＝𝑝𝑀=3.0𝑀𝑃𝑎30m=0.1MPa/m式中T――突水系数，MPa/m；𝑀――底板隔水层厚度，m；P――底板隔水层承受的水头压力，MPa。就全国实际资料看，底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06MPa/m，正常块段不大于0.1MPa/m。因此，两大巷掘进施工均不同程度受L6灰岩承压水危害威胁。综上，虽然公式1、公式2与公式3计算结果存在偏差，结合回风大巷过FD49断层带时巷道变形情况分析，L6灰岩岩溶承压水为回风大巷和机轨大巷在FD49断层与DF4断层区间施工主要的也是直接的水害隐患。2.6涌水量预测据勘探报告矿井涌水量预测结果（表1），结合矿井实际施工情况，回风大巷与