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11051工作面物探异常区验证 设计及施工安全技术措施
编制单位： 科
长： 总工程师：
时 间：2011年10月29日 郑新宏发（新密）煤业有限公司
宏发矿11051工作面物探异常区验证
设计及施工安全技术措施
一、工作面概况
11051工作面位于11采区中部，其东北部为原采空区，西部为11022首采工作面，南部为我矿未开采的11071工作面，地面位置为农田。地面标高为272m,工作面煤层埋深292m。地表无水体。工作面上付巷走向长300米，下付巷走向长310米，倾斜长39米，工作面开采标高+5m～-30m。煤层厚度在1.5～4.7米之间，平均煤厚3.1米，煤层赋存基本稳定。
二、水文地质概况1、11051工作面煤层直接顶板为泥岩，平均厚度4米，老顶为大占砂岩弱含水层，平均厚度10米，富水性差，易疏放；煤层直接底板为砂质泥岩、泥岩隔水层，平均厚度10.0米，直接充水含水层为L7-8灰岩含水层，平均厚度10.0米，该含水层富水性不均一，下部L5-6灰岩含水层均厚11.5米，距二1煤底35.8米，L1-4灰岩含水层距二1煤底68.5米，两层含水层富水性强均较强。
2、根据8月25日郑新第四分公司地测防治水站对工作面底板物探结果显示：
1）、从11051工作面上付巷底板测深探侧剖面图可以看出，在上付巷开口至120～143m处显示为阻值较低的低阻异常区，煤层底板与下部富水岩层水力联系较为通畅。
2）、从11051工作面下付巷底板测深探测剖面图可以看出，在下付巷开口以里70～90m区域显示相对低阻，煤层底板与下部富水岩层有水力联系。
3）、从11051工作面底板测深探测平面图可以看出，在36m、39m、42m、45m、48m水平切面上呈现为低阻异常区，最低阻值达到30Ω。该工作面底板标高在-28.5～+4.5m之间，奥灰水位标高+75m左右，属带压开采。
三、工作面突水系数及底板加固深度计算
该工作面L1-4灰岩距离煤层底板68.5米，其突水系数计算为：
P=0.023MPa/m＜0.04 MPa/m MＴ=式中 Ｔ--突水系数，MPa/m；
p--底板隔水层承受的水压，1.605MPa；
M--底板隔水层厚度，68.5m。
根据计算突水系数0.023 MPa/m小于突水临界值0.04 MPa/m（底板受构造破坏块段），在正常情况下工作面回采时无突水可能。为保证工作面安全回采，经分析决定对工作面物探显示的低阻进行钻探验证，考虑工作面切巷宽度，验证层位选L5-6灰。
四、钻场布置及钻孔设计：
1、钻场布置
该工作面共布置1个钻场，钻场布置在该工作面下付巷下6点处下帮（开口以里66m），设计1个钻孔，钻探总进尺54.2米（可根据实际钻探情况二次进行调整）。
单孔涌水量估算：按孔径Φ89mm，出水水源为L4灰岩水，根据单孔涌水量计算公式：Q=CW2gh进行计算系数取0.4，综合分析后考虑单孔最大涌水量取60m3/h。
2、各钻孔布置原则
1）钻孔终孔层位为L1-4灰岩；
2）本次布孔以物探低阻异常区作为验证目的层。
3、钻孔设计参数 1#钻场：
1#孔：方位：93°，坡度：-70°，孔深54.2米；
4、钻探设备
采用ZDY—550 型钻机，每根钻杆长800mm，钻杆直径为42mm。
5、钻孔结构
钻孔要求考虑下入三级套管。一级选用Φ146mm或Φ127mm，要求进入煤层底板6～8m；二级选用Φ127mm或Φ108mm，要求进入L8灰岩2～3米；三级选用Φ89mm；终孔Φ75mm裸孔。孔口管固定后均要进行耐压试验，一级耐压值不小于2.5MPa，二级耐压值不小于5.5Mpa，三级耐压值不小于6MPa，第三级套管作为备用，只有L5-6出水明显异常时才继续向下施工。
5、下孔口管施工工序
钻孔先用Φ151mm或Φ133mm钻头扩孔，下入一级Φ146mm或Φ127mm套管；再向下使用 Φ133mm或113mm钻头钻进至要求位置，下入二级Φ127mm或Φ108mm套管；再使用Φ94mm钻头钻进下入三级Φ89mm套管，以上套管下入后均要进行耐压试验，耐压值符合规定要求，并持续30分钟以上，否则，重新加固孔口管。
五、工作面物探异常区验证设计附图
11051工作面底板低阻异常区验证设计设计平、剖面图及单孔结构图 1：1000/1：500
六、注浆工艺
1、注浆系统：由注浆泵、井下注浆管路、注浆池和井下注浆孔组成。注浆泵采用ZBY50/70型号高压泥浆泵，泵的流量为40～80L/min，额定工作压力为7～9MPa，共有5个档位，输入功率为11KW。
管路与注浆孔用25mm的高压胶管连接，长度6～10米。孔口要安设耐震压力表，读数不低于9MPa。注浆前要对注浆管路进行耐压试验，试验压力不得低于9MPa，持续时间不得低于30min，发现漏水及时处理，直到试验合格为止。
2、注浆方式：若发现含水层含水丰富，就通过注浆进行改造，分孔分次序连续灌注，直至达到设计终压（孔口水压的2～3倍）为止，以最大注浆量，最大扩散范围，最大限度的充填岩溶裂隙为目的。为保证钻探验证的安全，孔口管全部注浆加固，每一级试压合格后，方可往下钻进。钻进过程中若遇到涌水量大于20 m/h时停钻注浆，采取分段注浆，穿透含水层最终达到注浆终孔标准。单孔注浆量达到2000m3仍不起压时，或发现井下跑浆时可采取间歇注浆，间歇时间一般为4h，间歇期间必须将注浆管路冲洗干净。
1）注浆段高的确定：采用钻孔穿透薄层灰岩含水层或对厚含水层顶部块段分孔序连续灌注，直至达到终孔设计压力为止。发现井下跑浆时可间歇注浆；
2）泵量与泵压：泵量根据含水层岩溶裂隙的发育程度及泵压确定。正常情况下，裂隙发育扩散较远，进浆畅通，泵压在2.0MPa以内时，宜采用全泵量（80L/min）大流量灌注；裂隙发育较差，扩散较近，进浆阻力大，泵压在2.0MPa以上时，宜采用中泵量（60L/min）灌注；达到接近终孔压力时则用小泵量（40L/min）灌注；
3）单孔注浆结束标准：注浆压力达到2.0～2.3Mpa，剩余吸浆量也应小于40L/min，持续时间30min以上。注浆压力越大，对裂隙充填得越实，形成结实体强度越高。但压力太大，由于煤层底板隔水层厚度较小，裂隙又比较发育，容易造成巷道底鼓跑浆。当发现巷道底鼓，大量跑浆时，应采用间歇注浆、调整浆液和注浆参数或添加软骨料等措施。各加固孔必须用高标号水泥封孔，以孔内充满水泥不漏水为准。
3、注浆材料及配比：
注浆材料主要选用水单液水泥浆。水灰比一般控制在0.8:1～2:1。
4、注浆程序：
1）注浆前，先对注浆孔放水0.5～1h，将沉淀在注浆孔内的碎石、岩溶裂隙中的充填物冲出，使注浆裂隙畅通；
2）检查造浆、注浆系统设备，使之运转良好，并备足浆液以便连续注浆；
3）对注浆设备、管路进行加压试验。试验最大压力要达到注浆最大压力，发现漏水等问题应及时处理；
4）向注浆孔中压清水30分钟；
35）注浆过程中要根据进浆、泵压等情况，随时调节泵量及浆液配比、黏度、添加剂用量。要避免浆液过稠，影响扩散半径；
6）当达到注浆结束标准时，关闭孔口阀门，卸下孔口高压胶管，压入足量（根据管路长短确定）的清水，将管路冲洗干净；对注浆、造浆设备进行检修，以备再次使用。
5、注浆效果检查：
若岩层含水丰富，在注浆队改造含水层完成后，要对注浆效果进行验证，采用注浆量、物探等方法对注浆效果进行检查和评价。
1）采用吨水干料指标予以评价。一般认为注入钻孔水泥量为该孔放水量（m3/h）的1.5倍以上，注浆效果较好；
2）可通过注浆前后的物探资料进行对比。若注浆前的物探低阻异常区已转化为高阻区时，注浆效果较好。
6、配套设施：
1）要在巷道内合适位置设计施工临时水仓，安装排水系统，保证排水需要。2）排水方案经矿总工程师批复后实施，在开孔验收前由分公司一并验收。3）井下注浆池和水泥供应要保证满足注浆需要。
七、安全技术措施
1、安装钻机钻探前的各项准备工作及要求 1）钻孔参数标定
钻孔方位由矿测量人员按设计现场标定，坡度由施工队技术员用坡度规进行标定； 2）倾斜钻孔：钻孔在下付巷下6点处下帮钻场内施工，钻场前后10米范围内巷道两帮、巷顶各打两道联锁进行加固。钻场规格：长×宽×高＝5米×4米×3米；
4）打钻前要做好排水准备工作，在探水钻场东15米处巷道下帮挖长×宽×深＝5.0米×2.0×1.5米临时水仓一个，安装排水能力不小于65m3/h的水泵两台，要求一用一备，并负责维护管理，铺设二趟4寸管到主水仓，且不能影响运输。
5）加强钻场附近的巷道支护，背好帮顶，钻机安装时先将底部用道木垫实，然后打点柱固定钻架，固定要牢固可靠。固定好钻机后，应仔细检查钻机各部件安装是否正确，并用手转动其各有关部件是否灵活，如果有问题应及时解决，由施工队负责；
6）由调度室负责在注浆钻场内安装一部专用电话，现场打钻人员要及时接听电话； 7）巷道内机电设备由机电科负责防爆性能检查，施工队及有关施工队要每天对自己分管的机电设备检查一次，确保完好，杜绝失爆；
8）排水路线：
钻场→11051下付巷→运输斜巷→皮带巷→主水仓。
2、打钻及注浆时的注意事项
1）施工人员若是外请队伍，必须与之签定安全技术协议，以保证施工质量，并承担相应的安全责任。
2）钻探施工人员要经过培训，要熟悉钻机的各种性能和操作程序以及简易故障的处理方法和不同岩石的压力、转速要求等，做到熟练操作，以防造成事故；
3）钻探记录由施工队钻手负责按井下钻探记录表要求详细填写，特别在钻进过程中要密切注意钻进至灰岩及灰岩底煤线的深度，并详细做好记录；终孔后要重新测量钻孔实际施工坡度，做好记录。有出水时要准确记录钻孔的具体出水位置及孔内涌水情况，在钻进过程中要密切注意孔内情况，发现钻进异常或涌水异常，要立即向矿调度室和相领导汇报，经总工程师确认后要立即向分公司汇报。对出水钻孔要安装测压装置测定并记录水压；
4）注浆系统要求：孔口阀门要上紧，整个注浆管道应固定牢固；停泵时关闭孔口阀并注清水冲洗管路，以防注浆管路堵塞；注浆泵的安全阀必须灵敏，压力表显示正常，注浆泵的配件必须齐全，管路、阀门均达到耐压要求；
5）交接班必须是当班负责人与各工种现场交接班，必须做到交安全、交进度、交措施、交设备、交工具。交接班时必须交清交明，使接班者心中有数，并填写交接班记录。
3、施工时钻机、钻杆运行安装要求
1）钻杆及其它钻具要摆放整齐，安装及拆卸钻杆时要轻拿轻放，拆下的钻杆要码放整齐； 2）操作时先将钻机操作手柄置于空挡位置，然后再启动电机，检查电机及回转、升降是否正常，发现问题及时调整；
3）钻机钻进时，操作工要时刻注意钻机的运行情况及排粉情况，以判断岩性；要时刻注意钻杆的振动情况，以确定钻进是否稳定、是否有顶钻、夹钻现象；
4）当钻机或其它设备出现故障需维修时，要关掉电源，严禁带电作业；
5）钻进时操作工要注意观察钻杆的情况，发现钻进异常要立即停钻，采取措施进行处理； 6）当钻机或其它设备出现故障需维修时，要关掉电源，严禁带电作业。
4、对现场操作人员的具体要求
1）打钻时，操作人员要站在钻机两侧，以防钻杆受压冲出伤人； 2）操作人员要把工作服的袖头、裤腿扎好，束紧腰带，以防造成事故； 3）钻机正常钻进时，操作人员不得离开操作台；
4)接班时，操作工要对钻机进行试运转，通过听、看等手段确认钻机是否完好； 5）操作人员要密切注意各孔出水、出岩粉情况。若水量突然变化必须报告调度室、地质防
治水科，并及时关闭阀门，进行注浆封堵。
5、通风措施和有害气体检查制度
1）通风队负责检查打钻地点的瓦斯和一氧化碳浓度情况，并在打钻地点设立瓦斯记录牌版，每班检查钻探地点的瓦斯浓度次数不少于3次，把检查结果填写在瓦斯记录牌版上；
2）钻探施工队要在钻孔回风侧2m范围内悬挂瓦斯便携及CO检测仪，连续监测瓦斯及CO浓度，若瓦斯及CO超限时，要求打钻人员立即停止打钻作业，切断钻机电源，并报告矿调度室和地质防治水科汇报，听从处理意见并积极进行处理，如果情况紧急施工人员要按避灾路线撤离到安全地点。
6、跟班及汇报制度
钻进期间钻机施工人员每班分别向调度室汇报两次，在钻进过程中发现钻进或涌水异常或其它特殊情况要立即向矿调度室和相领导汇报，经总工程师确认后要立即向分公司汇报。
7、防灭火措施
1）钻探施工队负责在打钻地点配备至少两台合格的灭火器和不少于50公斤的沙土； 2）施工队负责在打钻前安装风水三通。
3）打钻过程中，若钻进发现钻杆卡住不进钻进困难时及时汇报，经矿总工程师分析后进行钻孔参数调整，若发现孔内高温有明火时立即停止钻进并立即停止供风阀门，打开供水阀门，同时向矿调度室汇报，采取措施进行处理。
4）孔口出现明火燃烧时，必须一人先切断电源，同时另一人使用灭火器及时将火扑灭并关闭供风阀门，打开供水阀门。
5）确认孔内燃烧消除后，方可停水，退出钻杆，然后再用黄土将钻孔口封堵，封孔长度不少于1.8米。
6）钻探过程中，若发生瓦斯喷孔或顶钻等现象时，退出部分钻杆，停止打钻作业，释放瓦斯，在确认瓦斯卸压后，方可恢复打钻。
八、开竣工及验收制度
1、根据郑新公司审批后的底板注浆加固设计和措施，由矿井下发钻场底板注浆加固开工通知单和设计，要有总工、生产矿长、安全矿长签字，并有发放记录。
2、钻场底板注浆加固的准备工作完成后，根据集团公司有关规定由分公司主管地测防治水副总以上领导牵头，组织分公司地质防治水、安全、调度、通风、机电、生产等部门进行底板注浆加固前的联合验收，验收内容主要包括：钻场加固情况、钻机固定、巷底浮煤及铺底、巷道连锁加固，相关设备状况及防爆情况、钻孔位置及方位、套管长度及固定、通讯、通风、排水线路等是否符合安全规程和设计要求，验收后在验收单上签字。
验收时提出的问题要由分公司安监科监督整改，整改完成由安监人员验收签字。
3、联合验收合格后，方可按设计进行底板注浆加固施工，并按标准格式填写底板注浆加固
原始记录。
矿生产技术科和安监科监督施工队按设计要求进行底板注浆加固施工。每个单孔结束后，施工队要报请验收，由生产技术科组织相关部门按单孔设计对钻孔深度、钻孔结构、终孔孔径和注浆等情况进行验收，并填写验收单，经验收合格报分公司地测防治水科，分公司地测防治水科验收合格后方可撤钻。
4、分公司地测防治水科要对底板注浆加固全过程进行监控，及时收集、分析底板注浆加固情况，并对每个钻扬底板注浆加固效果进行确认。若钻孔施工没有达到设计目的，要组织分析，并重新布孔施工。钻孔经验收合格后，若进行了底板注浆加固由分公司地质防治水科编写钻探总结，若验证无水则由矿写探验证总结（若是外请单位，由外请施工队编写单孔施工总结，并加盖公章）。
九、避灾路线
下付巷上避火、瓦斯路线：施工地点→11051下付巷→11051上付巷→联络巷→井底车场→副井底→地面
下付巷避水路线：施工地点→12051下付巷→运输斜巷→井底车场→地面
