庚20-21050掘進工作面防治水設(shè)計
平煤股份二礦
庚20-21050掘進工作面防治水設(shè)計
編 制：林文明
審 核：
首席工程師：
副總（隊長）：
總 工 程 師：
平煤股份二礦地測隊
2010年2月28日
庚20-21050掘進工作面防治水設(shè)計
一、概況：
庚20-21050掘進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。地面位于落鳧山東段，石油公司西北約500 m處，地面無建筑物。風(fēng)巷走向長975m，機巷走向長924m，該工作面在庚20煤層內(nèi)施工，頂板為L6石灰?guī)r，厚4.2m；底板為灰色砂質(zhì)泥巖，厚1.7m。
該掘進工作面地質(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。目前庚一各觀測孔水位如下：庚20-21090風(fēng)巷西觀測孔水位：-416.5m；庚一皮帶下山觀測孔水位：-388.5m。水位取最高值，以庚一皮帶下山觀測孔水位：-388.5m為庚一采區(qū)寒武系灰?guī)r水位。推測該面風(fēng)巷標(biāo)高-380～-401m，機巷標(biāo)高-409～-421m。該面機巷、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掘進時最大涌水量25m3/h，采煤時最大涌水量40m3/h；庚20-21090掘進時最大涌水量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)計庚20-21050在掘進期間正常涌水量25-30m3/h，最大涌水量為60m3/h。-500水倉倉容3000 m3，排水能力520 m3/h，滿足排水要求。
1、掘進巷道底板隔水層安全水壓的計算
（1） 計算公式
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——底板巖石抗拉強度，（MPa）；
γ——底板隔水層的平均重度，（MN/ m3）。
（2）計算參數(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底板巖石抗拉強度，依據(jù)煤層底板巖石物理力學(xué)性質(zhì)測試結(jié)果，巖石的抗張強度，取平均值1.5MPa（二礦地質(zhì)報告）。
④底板隔水層的平均重度γ，庚20煤層底板0.0224MN/m3（實測）。
（2）計算結(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參數(shù)，計算得出底板隔水層能承受的安全水壓為33.53MPa。
（4）計算結(jié)果分析
依據(jù)庚一采區(qū)寒武系灰?guī)r水位-388.5m,機巷實際水壓最大值為0.325MPa，小于計算值33.53MPa。計算得底板隔水層能承受的水壓大于實際底板隔水層承受的水壓，在正常情況下掘進是安全的。
2、掘進巷道安全隔水層厚度的計算
（1）、計算公式
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度，MPa；
p--底板隔水層承受的水頭壓力，MPa。
（2）、計算參數(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（實測）。
③.底板巖石抗拉強度，依據(jù)煤層底板巖石物理力學(xué)性質(zhì)測試結(jié)果，巖石的抗張強度，取平均值1.5MPa（地質(zhì)報告）。
④.底板隔水層承受的水頭壓力0.325MPa。
（3）、計算結(jié)果
=1.437
依據(jù)上述公式及所確定的各項參數(shù)，計算得出掘進巷道安全隔水層厚度為1.437m。
（4）、計算結(jié)果分析
庚20-21050掘進工作面庚20煤層底板隔水層最小厚度為15.3m，大于計算得出掘進巷道安全隔水層厚度1.437m。在正常情況下掘進是安全的。
3、掘進巷道突水系數(shù)的計算
（1）、計算公式
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）、計算結(jié)果
= 0.02124
庚20-21050突水系數(shù)0.02124 MPa/m。
（4）、計算結(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，分析基本無威脅，掘進到此處時加強頂板和迎掌水文觀測；庚20-21050風(fēng)巷底板已遭受庚20-21030采煤時破壞泄水，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算、安全隔水層厚度的計算、突水系數(shù)的計算，機巷和切眼正常掘進情況下是安全的。為了防止斷層裂隙或巖溶裂隙導(dǎo)水，保證施工安全，機巷從開口至300m處執(zhí)行全過程鉆探；300m后執(zhí)行物探先行、鉆探驗證；切眼必須采用下山施工，執(zhí)行全過程鉆探。
三、管路、供電及排水設(shè)備
⑴、風(fēng)、機巷每掘進300m左右，需在低洼處做一個水倉（容積不小于15 m3（長×寬×深，5×3×1m 深是底板以下1m）。
⑵、水泵型號：2臺IS100—65—250水泵，單泵排水量100m3/h，揚程80m，配電機37Kw。
⑶、風(fēng)、機巷均安裝2趟4吋專用排水管路，排水設(shè)備必須跟上施工進度。
⑷、依據(jù)排水量及排水路線，每個水倉處安裝水泵2臺，一臺工作，一臺備用，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)機巷供電線路：風(fēng)、機巷均采用專用供電線路，機巷兩趟專線、風(fēng)巷一趟專線和一趟普通線路，保證每個水倉排水設(shè)備能隨時切換電源。
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。
②機巷→庚20-21050機巷→庚一皮帶下山水溝→庚一中部水倉。
四、超前探放水設(shè)計
㈠、庚20-21050機巷、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)，采用以下公式計算：
L----超前距的長度（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----煤的抗張強度（kgf/cm2）。
庚20-21050機巷、切眼計算時K取3.5，煤層厚度1.85m（巷道高2.6m），水頭壓力3.25kgf/cm2，煤層的抗張強度取值8.5kgf/cm2，計算出超前距。
機巷、切眼：L=0.5×3.5×2.6×
=4.87m
計算分析：計算得出超前距為5m。為了保證掘進的安全，機巷及切眼施工執(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，施工長度達300m時再進行直流電法儀超前循環(huán)探測，探測距離60m，如果沒有發(fā)現(xiàn)富水異常區(qū)，可以向前掘進施工50m；探測發(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進行超前鉆探驗證。如果鉆孔涌水量小于10m3/h，并無其它異常時可以向前施工，直至越過富水異常區(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，需要對富水異常區(qū)進行疏水降壓或底板注漿加固，直至鉆孔涌水量小于10m3/h時方可向前掘進。
㈢、鉆探
1、鉆探范圍：機巷前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、鉆孔設(shè)計及鉆孔參數(shù)：
采用ZK-75型探水鉆機進行超前鉆探，超前探水距離正前方鉆孔為20m，向兩幫探測距離21m，每次施工必須保持10m超前距，循環(huán)進行超前探水。
孔號
方位角°
傾角°
孔徑mm
孔深m
1
沿機巷（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
沿機巷（切眼）方向南偏27°
平行煤層頂板
44
21
3、孔口測壓裝置設(shè)計及安裝要求
①.孔口管采用89mm鋼管，長度5m。
②.測壓裝置設(shè)計詳見測壓裝置示意圖。
③.鉆孔鉆進5m后停止鉆進，擴孔，擴孔時孔要擴直，出凈虛渣。
④.采用混凝土封堵，為防止注漿時堵住空氣，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。
⑥.掃完孔后，裝好試壓裝置，隨即進行耐壓試驗，試壓耐壓值不小于0.5MPa，耐壓時間不小于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、探放水點排水設(shè)施及供電
①.排水線路：探、放水點→庚20-21050機巷巷→庚一皮帶下山排水溝→庚一中部水倉。
②打鉆前，應(yīng)先在探水點附近低洼處掘好水倉或水窩，機巷水倉應(yīng)設(shè)在機巷上幫一側(cè)，且在附近相對低洼處，減小下個工作面風(fēng)巷掘進時老空水威脅。
③.水泵排水能力不小于100m3/h，揚程不小于50m。
④每個探放水點泵窩、水倉處均安裝水泵2臺，一臺工作，一臺備用，配套電機37kw，分別連接到2趟4吋排水管上。
⑤探、放水點采用2趟專用供電線路，保證隨時切換可用。
㈣、探放老空水
本設(shè)計對庚20-21050風(fēng)巷南幫進行探放老空水，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機巷之間設(shè)計煤柱約6m，庚20-21030機巷在下幫有7個水倉，最深達5m。庚20-21030機巷有9條斜交斷層。風(fēng)巷開始掘進就開始進行探放老空水，利用現(xiàn)有巷道作為探放老空水鉆場。
2、鉆機型號
煤礦用巖石電鉆，型號：KHYD140DLAB型，電機功率：5.5KW。
3、鉆孔設(shè)計
根據(jù)庚20-21030機巷剖面和庚20-21050風(fēng)巷具體情況，設(shè)計30組鉆孔，每組不少于2個鉆孔，孔深6.5m，孔間距不得小于3m，共計60個鉆孔，孔徑56mm。鉆孔與風(fēng)巷垂直。除此外，掘進時側(cè)上幫、頂板、如出現(xiàn)滴、淋、滲水現(xiàn)象，立即停止掘進，執(zhí)行探、放水。
從第一個探放水孔開始，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)往前進行探放庚20-21030老空水，直至老空水被放完。
4、單孔設(shè)計
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，鉆2.7m時，停止鉆進，下入直徑89mm長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。
第一個鉆孔仰角需根據(jù)孔口處頂板仰角確定，實際仰角應(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機巷頂板約0.40m。第二個鉆孔仰角根據(jù)現(xiàn)場情況確定，透口距庚20-21030機巷底板板約0.40m
5、探放老空水點排水設(shè)施
①.排水線路：探水點→就近風(fēng)巷水倉→庚一皮帶下山排水溝→庚一中部水倉。
②打鉆前，應(yīng)先在探水點附近低洼處掘好水倉或水窩，風(fēng)巷水倉應(yīng)設(shè)在風(fēng)巷下幫一側(cè)，且在相對低洼處。
③.水泵排水能力不小于100m3/h，揚程不小于50m。
④每個探放水點泵窩、水倉處均安裝水泵2臺，一臺工作，一臺備用，配套電機37kw，分別連接到2趟4吋排水管上。
⑤探、放水點采用1趟專用供電線路和一趟普通線路，保證隨時切換可用。
五、超前探和探放老空水安全技術(shù)要求
1.由地測部門負責(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、無斷裂構(gòu)造的位置，鉆場10m范圍加強支護，符合通風(fēng)安全技術(shù)規(guī)定。
3.打鉆前，應(yīng)先在探、放水點附近低洼處掘好水倉或水窩。
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.打鉆地點應(yīng)設(shè)專用電話。
6.施工地點所有人員應(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，且進行試運轉(zhuǎn)，達到要求后方可探水。
8.探水前應(yīng)安裝好閥門，閥門控制靈活可靠，閥門抗壓強度不小于0.5MPa。
9.超前探鉆孔試壓值不得小于0.5MPa，耐壓時間不小于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)單位檢查驗收，達到要求后方可打鉆探水。
11.打鉆探水時，應(yīng)派專職瓦檢員到現(xiàn)場檢查瓦斯及有害氣體。
12.保持探水孔暢通，必要時用鉆機透孔。
13.排水過程中應(yīng)健全排放制度，排水人員要有專人負責(zé)，現(xiàn)場交接班，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。
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掘進工作面施工的安全。
六、避災(zāi)路線
機巷避災(zāi)路線:
機巷探水點（迎掌）→機巷→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（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（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掘進工作面機巷、切眼超前探設(shè)計圖
2.探水孔及測壓裝置示意圖
3.探放老空水單孔設(shè)計示意圖
