15104工作面钻探取芯设计

15104工作面上方物探异常区探放水设计

及安全技术措施

一、工作面概况

（一）、地形地貌及地面位臵

15104工作面地表大部被第四系黄土覆盖，属黄土丘陵地貌。区域内土梁及冲沟发育，但较平缓，切割较浅，属侵蚀剥蚀地貌。地势中部较高，两边较低，最高点海拔907.4m，最低点海拔872.5m，最大相对高差34.9m。

15104工作面东距九天村北410m；西距洗村东南515m；南距工业广场北375m；北为耕地。

（二）、煤层地质条件及周边采掘情况

本工作面煤层平均厚度为 1.51m，厚度变异系数为11.92％。可采系数100％，煤层结构简单，不含夹矸，顶板为砂质泥岩或泥岩，厚1.22-6.7m，底板为泥岩后砂质泥岩，厚0.5-3.18m。

15104工作面倾斜长735m，走向长180m，西部为9#煤轨道大巷；北部为实体煤；南部200m为原沙田煤矿采空区；东部为九天矿采空区，经过物探后确定了距离，距切眼48m，保留了40m以上的保安煤柱。

二、工作面水文地质条件

（一）、地质条件

该区域属黄土丘陵地区，水文地质条件较为简单，9101工作面距3-3钻孔最近，距离为320m。根据3-3钻孔资料显示，该区域无3#煤，煤系地层较为简单。煤系地层自上而下依次为：表土段，厚度为24m；泥岩，厚度为12.2m；k5灰岩，厚度为4.8m；泥岩，厚度为11.8m；细粒砂岩，厚度为8.85m；泥岩，厚度为6.03m，9#煤层，厚度为1.7m。

（二）、充水水源

根据北京地球物理化学勘查院为我矿编制的《首采区物探报告》，全区共推断解释了3号煤层采空（破坏）异常区3处，编号为CK1、CK2、CK3采空（破坏）异常区。其中2#采空异常区域覆盖范围为9#回风联络巷30m处—9101回顺458m处，覆盖长度长505m，宽250m。推断采空区内可能存在积水，会对本工作面回采形成影响。

（详见附图1）

（三）、工作面水患和钻探目的

本矿3-3钻孔资料显示，15104工作面上方无3#煤。根据“物探先行，钻探验证”的探放水原则，需证实2#物探异常区域的含水情况，特制定了15104工作面上方物探异常区域探放水设计及安全技术措施，消除安全隐患，保证15104工作面回采安全。

三、探放水工程设计

(一)、目的和任务

15104工作面上部存在物探异常区，推断为3#煤层采空区，按原设计要求针对3#煤层采空区进行钻探施工，位于15104回风顺槽233m处方位角为78°，倾角为+61°，施工60m未见3#煤，15104回风顺槽222m处方位角为81°，倾角为+60°，施工70.5m未见3#煤。位于暗斜井上部施工2个钻孔，1#钻孔方位角为90°，倾角为+58°，施工71m未见3#煤，2#钻孔方位角为105°，倾角为+58°，施工72m 未见3#煤。但未达到探测物探异常区要求，为保证15104工作面回采安全，现进行加密钻探，验证3#煤采空区，特编制本设计。

（二）、钻探工程设计

1、钻场位臵

钻场位臵选择在物探采空异常区域对应15104回风顺槽的最低位臵，钻场共布臵2个。

1#钻场布臵在15104回顺191m处；

2#钻场布臵在15104回顺50m处；

2、钻孔施工参数

根据《沙田煤业矿井地质报告》资料，15#煤层与3#煤层顶板层间距约为61m，布臵钻孔参数如下：

15104工作面上方物探异常区探放水钻孔参数表

备注：实际钻孔长度的确定：在钻探过程中应根据孔口退出的岩粉情况，结合矿井综合柱状图，判断钻探时的岩性，确实探明本区域是否存在3#煤采空区，起到真正的钻探效果。

3、套管规格

选用Φ108mm 的止水套管，（钢管两端为内丝接口，丝扣长度为60mm ）与Φ108mm 的连接接口连接（连接接口为外丝接口，外丝长度为60mm ）。在连接接口上安好法兰盘，用法兰盘与Φ108mm 的控水阀门相连接。

4、单孔设计

钻孔长度设计为探至3#煤老空，其中扩孔长度为10m ，直径为133mm ；止水套管长度为10m ，直径为108mm ；孔口管安装闸阀，1MPa 压力表；安装好孔口管后，进行钻探，钻孔直径为65mm 。

（三）施工机械

根据巷道断面特征，结合巷道皮带布臵及通风、行人、运输要求，和探放水工作要求，采用ZYW —1200型液压钻机，钻进能力为200m ；钻杆采用：φ50mm ；钻头：φ133mm 、φ钻场 钻孔

编号

方位角 （°） 倾角 （°） 孔深（m ） 位臵 1# 1#

180 60 72 15104回顺191m 处，距工作面40m 处。

2#

125 60 72 3#

210 40 91 4#

195 37 101 2# 1#

180 60 72 距联络巷口28m 2#

200 56 73 3# 165 49 80

65mm。

（四）施工组织

劳动组织采用“三八”制作业。设计每班 3人，当班负责人1人，负责协调工作和安全，1人操作钻机，1人上下钻杆和关放水。钻机调整或运输时由掘进队组配合工作。

（五）施工工艺

1、首先用Φ133mm的扩孔钻头进行扩孔，待钻至10m后拔出。

2、安装Φ108mm的止水套管，长度为10m，固定好止水套管后，用注浆泵进行封孔。孔内水泥凝固时间不小于8小时。

3、止水套管固定好后，在连接接头上安好法兰盘，用法兰盘与Φ108mm的闸阀相连接，在管壁上安装2MPa的压力表。

4、耐压试验，关闭闸阀，用泥浆泵通过注水管进行注水，使压力表渐渐达到2MPa时，待稳定30分钟后，孔口周围不漏水、孔口管牢固不活动即为合格,否则必须重新注浆。这样才能保证孔口管在钻孔出水后不被冲出。经耐压试验无问题后，方可进行钻探工作。

5、打开闸阀，更换Φ65mm的钻头，进行钻探。

（六）防排水设施

在回风顺槽最低处设臵一个水仓，水仓容积为1m3（长1m*宽1m*深1m）；水仓配备2台型号为BQS40-50-15的水泵（功率为15KW，扬程为50m，流量为40m3/h），一台运行、一台备用。

排水管路选用Φ108mm的钢管,全线敷设在9102运输顺槽。

15104运输顺槽排水路线：15104运输顺槽—9#回风大巷—暗斜井—15#轨道巷—主水仓—副斜井—地面矿井水处理车间

（七）探放水效果检验

放水完毕后，地测科对放水进行分析、总结，并对放水情况进行水害安全性评估，写出总结报告。

四、探放水设计附图

1、15104工作面钻场布臵及排水示意图

2、15104回风顺槽1#钻场探水剖面图、15104回风顺槽2#钻场探水剖面图

3、单孔设计图

4、15104工作面避灾路线图

以上图纸也可作在同一幅上。

五、安全技术措施：

（一）、钻机运输

1、钻探设备经有关部门检查防爆性能，确认合格后，方可入井。

2、钻探设备在平板车上运输时，必须捆绑结实，不得超长、超宽、超高、超重、重心偏斜。推车时，不准蹬车或坐车，不准让车自行滑动，车前15m有人作向导开路并发出信号，车辆过后道岔及时复位。

3、设备解体分装、分运时应采取特殊保护措施，并保

护好油管接头，操作（纵）阀、离合器操纵杆、液压缸柱塞、压力表等易损部件。

4、拆下的零件用容器装好，容易丢失的零件指定专人随身携带。

5、斜巷中运输或搬运设备时，需用卡轨器固定临时停放的车辆，下方不得有人员停留，严禁在斜巷中向下滚放任何物品。

6、人力推车时，1次只准推一辆车，严禁在矿车两侧推车，同向推车的间距，在轨道坡度小于或等于5‰时，不得小于10m，在轨道坡度大于5‰时，不得小于30m，在轨道坡度大于7‰时，严禁人力推车。

7、人工搬运设备时，要用铁丝或其它物品系牢，要有机长或班长统一指挥协调，并轻抬轻放，起落行动一致。

8、短距离整体移动钻机设备时，必须切断电源，严禁带电整体移动。

9、套管装车绑扎要牢固，平板车两端要用金属网或钢板加固，套管下要垫道木防滑。

10、运输期间要有专人跟车，注意行人安全。

11、斜坡运输严格执行“行人不行车，行车不行人”的制度。

12、斜巷榆树车辆必须挂安全绳或车尾巴。

13、不得在能自动滑行的坡道上停放车辆，确需停放时，

必须关闭下坡方向的阻车装臵或打好十字掩。

（二）、钻机安设

1、进入安装地点前，应先检查巷道支护及通风情况，发现问题及时处理。整修、加固钻场，应清理干净脏杂物，挖好清水池，疏通好水沟。

2、无风地点必须安设局部通风机或采用导风筒通风，在打钻过程中不准停风，且要有可靠的风电、瓦斯电闭锁装臵。

3、水压、机件、电源开关等均应良好，符合要求。

4、钻场面积必须大于机座，周围要有足够的安全间隙，在运输巷道安设钻机时，要保证不影响运输。

5、安钻地点应底板平整，地梁木平稳卧入底板四角打上立柱及斜柱，按中线摆正钻机。

6、机身安放平稳后，应上紧底固螺丝，各机械转动部分要安装防护栏、保护罩。

（三）、探水前的准备工作

准备工作流程：孔口管固定——排水系统——通信系统——安全防护——参数标定——试运转

1、孔口管固结及耐压试验措施

（1）、下套管时，用管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。

（2）、接套管时，要防止钻杆滑出孔外，孔口要进行固定。然后再回退钻杆，接上另一根套管，推入孔内，如此往复，直到安装完所有套管。

（3）、所有套管安装完成后，把一根长约 1.0m、直径20mm的注浆胶管插入套管与孔壁间的缝隙中，以便通过胶管向孔内注浆。

（4）、套管安装完成后，使用高浓度水泥与麻丝将孔口附近的缝隙封堵严密。

（5）、从止水套管与孔壁间中装入拌好的水泥砂浆（不宜太稀，且加入一定比例的速凝剂），其数量约为管长的

1/2～2/3，再做一活塞式托盘顶推管内的砂浆，使砂浆顶出管外一定长度（约为20cm～30cm）以便能够抹粘在孔壁上，同时缓慢打击或顶推控水管，使控水管外壁与钻孔的内壁之间能够充满泥浆，从而使控水管镶入到孔内。

（6）、耐压试验

控水阀门安设好后，更换钻头，Φ65mm孔径扫孔至原孔深, 进行注水耐压试验, 在孔口管外接通注浆泵将清水注入孔口管，由注浆泵提供压力进行试压，试压压力不得低于1MPa，稳定30分钟孔口不漏水为合格, 经耐压试验无问题时，就可进行正常的打钻工作。

探水队需派出专人仔细检查套管附近及钻场周围的情况，如发现钻孔周围有渗水、跑水等现象要立即停止打压，

重新进行注浆。

（7）、试验合格后，在套管上安装好闸阀方可正常钻进；若试验不合格则需要重新进行注浆，直至打压试验合格为止。

2、通讯联络方式

施工现场设专用电话一部，钻孔施工受矿调度室统一调度，如果发现异常情况应及时通知调度室，随时和调度室联系。为保证电话畅通，每班开工之前，施工人员必须先与调度室电话联系一次，如果电话不通，不准开钻施工。

3、安全防护措施

（1）、探水前，必须对巷道内所有的机电设备进行全面检查，确保机电设备完好。

（2）、在探水地点准备好一定数量的水泥（或者化学浆）、套管闸阀、坑木、麻袋、木塞、泥、棉纱、锯、斧等，以便出水或来压时及时处理。

（3）、检查排水管路及排水泵等设施，保证完好。

（4）、检查瓦斯。瓦斯浓度超过安全规定时必须停止工作，及时加强通风。

（5）、加强巷道附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板。有松动或者破损的支架要及时修整或更换。巷顶及两帮一定要背实、背牢。

（6）、检查煤壁。煤壁有松软或膨胀等现象时，要及时

处理，密闭填实，必要时打上木垛，防止水流冲垮煤壁，造成事故。

（7）、检查水沟。巷道水沟中的浮煤、碎石等杂物应及时清理干净。若水沟被冒顶或者偏帮的煤岩堵塞时，应立即清理并对顶、帮修复。

4、钻孔参数标定

（1）、钻孔的标定方法及工具,钻孔位臵、方位、及倾角必须由测量人员进行标定。使用皮尺标定钻孔位臵，使用罗盘标定钻孔方位，使用坡度规靠在钻杆上进行倾角标定。

5、钻机试运转

（1）、钻机安装应牢固变速箱及油箱内的油位应适合，安全防护罩及防尘盖必须齐全。各部分操作手把应处在正确位臵。调试钻机时，要求各转动部分运转正常，开关启动灵活可靠。钻机空载运行10分钟，确认无问题后，方可接上钻杆、钻头，接通水源，由司机操作开始钻孔。

（四）、施工时安全措施

钻孔施工流程：开孔——钻进——放水——验收

1、探水人员施工规定要求

（1）地测科、探水队、安全科、调度室要认真落实疏放水的安全生产责任制，建立健全合理配套的各项管理制度，并认真贯彻实施，确保疏放水工作安全无事故。

（2）严格按照《15104工作面上方物探异常区探放水设

计》，编制安全施工措施，规范作业。在确定疏放水钻孔位臵、方位、角度、深度、钻孔数目以及管路连接、敷设等参数时，相关技术人员必须亲临现场。

（3）实行科学、规范的管理。各放水地点，必须设臵管理牌板，实行挂牌管理；各种原始记录、管理台帐齐备完整，内容真实准确；技术资料收集整理齐全及时，档案管理达到规定标准。

（4）严格汇报制度。探水队长每天下班前或发现问题前将安全状况、作业进度、存在问题等及时向调度室和分管领导汇报。

（5）开好各种会议。包括班前会、安全工作会等，及时贯彻落实各级的通知、规定和安排布臵，总结经验，发现问题，做好事故隐患的分析处理，使之能及时的达到落实整改。

2、钻探操作技术要求

（1）在开孔时，将钻机卸压阀按减压箭头方向旋转，使钻机缓慢转动，当钻头全部进入岩层后，再加压正常钻进。

（2）当钻到所需深度时，停止钻进，松开钻杆卡瓦，按照手柄操作牌指示将手柄扳至回程位臵，主机迅速退回，然后将手柄转至空挡位臵，再停机进行拆装钻杆工作。

（3）钻头送入孔内开始钻进时，压力不宜太大，要轻压慢钻，以免崩刃或打坏变速齿轮，待钻头不到孔底工作平稳后，压力再逐渐增大。

（4）钻进时，钻工要认真观察钻机运转情况，即观察送水，钻孔的给排水，钻孔内的震动声音情况。

（5）钻进过程中要准确测量距离，一般每钻进10米或换钻具时必须量一次钻杆，以核实孔深。

（6）钻机运转过程中要注意观察轴承部位，液压油、电机变速箱、轴套、黄立轴齿轮等有无超温现象，有无异常声音，发现问题应立即停机查找原因，及时处理。

（7）探水人员应着装整齐，切记不能衣冠不整，预防钻机卡住衣物将人拖倒，发生伤人事故。

（8）探水期间，必须有瓦斯检查员在现场值班，保证工作面正常通风以及检查工作面空气成分，如果瓦斯接近

0.8％时，必须立即停止钻探，切断电源，撤出人员，并向调度室汇报，待查明原因进行处理后，方可继续作业。

（9）探水时，测量人员及探水队长必须跟班指挥，记录孔深，如出现异常时，及时向调度室汇报。

（10）在钻探过程中，操作人员应匀速钻探，做好岩性记录，加强观察孔口退出的岩粉情况，及时判断岩性；在钻探期间，如发现片帮、来压或孔中水压、水量突然增大，以及有顶钻现象时，必须立即停钻，记录孔深，将钻杆固定，立即关闭止水阀门，同时向矿调度室汇报情况。

（11）放水时，单孔出水量通过阀门控制在25m3/h以内；放完后，必须在原出水位臵附近钻探验证孔，经证实无水后,

方可结束放水工程。

（12）如按设计要求单孔完成后，未见水情时，由测量人员、探水队长、跟班安全员、跟班干部共同验收孔深、孔位、方位是否符合设计要求，待验收合格后，方可对下一个钻孔进行钻探。

（13）当探水完毕后，把钻机的各部件及钻机放回规定地点，以备下次使用。

（14）放水量要认真观察水量变化，并根据情况进行2次或3次的钻孔疏通，以防煤矸堵塞钻孔造成无水或放完水的假象。

（15）排水时，一定要强化现场管理，坚持队组的管理人员跟班指挥制度，实行现场交接班。建立巡回检查制度，防止管路的跑、冒、滴、漏现象并及时维修，确保疏放水工作的顺利完成。

（16）如探水孔无出水情况，应用圆木塞塞住钻孔。

3、钻孔验收

（1）、由防治水助理组织矿安全、生产、调度、驻矿安监员、施工队组等矿相关人员进行验收。

（2）、对探水眼的方位、倾角、深度要验收，对钻孔放水量进行核实，对瓦斯等有害气体涌出情况进行检查，保证放水完毕，并作好记录。

（3）、验收合格后方可掘进，掘进时方位和距离要经常

检查和丈量，防止偏离和超过。

（五）、放水安全技术措施

（1）地测科必须安排专人对放水过程进行全程监测，水压、水量突增大等异常情况发生时，不得拔出钻杆，必须首先将现场作业撤出，及时汇报调度室，采取安全措施进行防治；

（2）发现放水效果不好时，可另打钻孔放水或使钻杆继续往里打1-2米；

（3）放水过程中要随时注意水量的变化，出水的清浊度和所含杂质情况，以及有无有害气体涌出和声响等，发现异常应及时采取措施，并向调度指挥中心报告；

（4）应事先规定人员撤退路线，撤退路线要保证畅通；

（5）放水时，必须撤出探放水点以下部位受水害威胁的所有人员；

（6）放水时必须有瓦检员对现场的空气成分进行检测，若有害气体超标，必须立即停止打钻，切断电源，撤出人员，采取措施进行处理，并及时报告调度指挥中心。

（7）探水时必须有通风员、瓦斯员在现场监测钻孔附近的瓦斯情况及工作空间的空气状况。

（8）必须有跟班人员在探水现场值班，现场监督探水作业的进程，并监测作业现场的空气成分及瓦斯状况。

（9）钻透老空区前（距老空区边界10米时），由瓦斯

员在现场监测瓦斯及其它有害气体的情况，钻透老空后，要检查孔口0.5米范围内及巷道风流、回风流中的瓦斯浓度。如瓦斯浓度超过规定，要向调度室汇报，同时采取措施，将风筒风流调整至孔口方向。

（10）钻透老空后，如孔口0.5米范围内及巷道风流、回风流中的瓦斯浓度瓦斯及有害气体浓度在0.8%以下，由钻探人员按程序退出钻杆。在退钻杆的过程中，瓦斯员随时检查钻孔附近的有害气体及瓦斯的浓度，通风员要现场监测风量变化情况。

（11）退出钻杆后，先由瓦斯员和救护队员检查孔口处的有毒有害气体及瓦斯浓度，在不超过《煤矿安全规程》规定的情况下，由钻探人员将钻孔封堵。

（12）若退出钻杆过程中，钻孔附近的瓦斯及其他有毒有害气体浓度超标，要立即停止退出钻杆，切断工作面的电源，撤出人员，保持通风，并及时汇报调度室。在制定安全措施之后，由矿救护队员、瓦斯员及通风员在现场解决。

六、避灾线路及灾害处理措施

1、避灾路线

施工地点——15104回风顺槽——15#轨道大巷——15#甩车场——15#主副井联络巷——主斜井井筒——地面后附：水灾避灾路线图

2、灾害应急处臵措施：

发生透水事故时，现场人员应尽量了解事故地点及灾害程度，设法堵住出水点。如无法抢救，应沿着避灾路线，避开压力水头，迅速撤退到涌水地点的上部水平或地面，而不能进入附近的独头巷道。如果独头上山下部的唯一出口被淹没无法撤退时，则可在独头工作面躲避，这是因为独头上山附近空气因水位上升逐渐压缩能保持一定空间和空气量。当被水堵在巷道内时，应保持镇静。

透水后现场人员撤退时的注意事项：

（1）透水后，应在可能的情况下迅速观察和判断透水的地点、水源、涌水量、发生原因、危害程度等情况，根据预防灾害计划中规定的撤退路线，迅速撤退到透水地点以上的水平，而不能进入透水点附近及下方的独头巷道。

（2）行进中，应靠近巷道一侧，抓牢支架或其它固定物体，尽量避开压力水头和泄水主流，并注意防止被水中滚动矸石和木料撞伤。

（3）如透水后破坏了巷道中的照明和路标，迷失行进方向时，遇险人员应朝着有风流通过的上山巷道方向撤退。

（4）在撤退沿途和所经过的巷道交叉口，应留设指示行进方向的明显标志，以提示救护人员的注意。

（5）如唯一的出口被水封堵无法撤退时，应有组织地在独头工作面躲避，等待救护人员的营救。严禁盲目潜水逃生等冒险行为。

被矿井水灾围困时的避灾自救措施

（1）当现场人员被涌水围困无法退出时，应迅速进入预先筑好避难硐室中避灾，或选择合适地点快速建筑临时避难硐室避灾。如遇老空透水，必须在避难硐室处建临时挡墙或吊挂风帘，防止被涌出的有害气体伤害。进入避难硐室前，应在硐室外留设明显标志。

（2）在避灾期间，遇险矿工要有良好的精神心理状态，情绪安定、自信乐观、意志坚强。要坚信上级领导一定会组织人员快速营救；坚信在班组长和有经验老工人的带领下，一定能克服各种困难，共渡难关，安全脱险。要做好长时间避难的准备，除观察水情的人员，其余人员均应静卧，以减少体力和空气消耗。

（3）避灾时，应采用敲击管道的方法有规律、间断性地发出呼救信号，向营救人员指示躲避处的位臵。

（4）被困期间断绝食物后，即使在饥饿难忍的情况下，也应努力克制自己，决不嚼食杂物充饥。需要饮食井下水时，应先用纱布或衣服过滤后，方可饮食。

（5）长时间被困井下，发觉救护人员到来营救时，避灾人员不可过度兴奋和慌乱。人员全部救出后，应做好巷道的维修、加固与清理工作。

鲁能集团沙田煤业有限公司

15104工作面上方物探异常区探放水设计及安全技术措施

编制单位：地测科

编制：

审核：

编制时间：年月日

目录

一、工作面概况 (1)

二、工作面水文地质条件 (1)

三、探放水工程设计 (2)

四、探放水设计附图 (6)

五、安全技术措施： (6)

六、避灾线路及灾害处理措施 (16)