河北金牛能源股份有限公司邢台矿51105工作面防治水工程设计
编制单位：地测科
编制：
审核：
科长：
总工程师：
2009年5月25日
河北金牛能源股份有限公司邢台矿
51105工作面防治水工程设计
前言
51105工作面为十一采区5#煤首采工作面，设计沿煤层走向布置，工作面推进长度1597m，面长100m，煤层底板标高在－70~－120米之间。
拟采用综采开采方法，顶板管理为全部垮落法。
工作面两条巷道均沿煤层掘进。
一、工作面概况
51105工作面为51100采区冲积层下5号煤首采面，井下位于西风井南部，北到51100运输上山，南以F12断层防水煤柱线为界，西到F32断层，东以f511-13断层为界。
设计工作面沿煤层走向布置，工作面推进长度1597m，面长100m，煤层厚度在1.63-1.91米之间，平均1.77米，基岩厚度25-70煤层底板标高在－70~－120米之间。
拟采用综采开采方法，顶板管理为全部垮落法。
工作面两条巷道均沿煤层掘进。
米。
二、水文地质条件简介
51105工作面水文地质条件比较复杂，工作面开采受上部野青灰岩及底砾含水层的影响，下部受隐伏含水构造威胁。
5号煤层上距野青灰岩含水层8-12米，距冲积层底砾含水层25-70米， 5号煤到大青灰岩含水层的隔水层厚度为65-72米，附近0802、8309、奥3钻孔资料显示，该地区没有伏青灰岩含水层存在。
在51100运输上山施工大青4号放水孔时，钻进到62.5米出水，出水量256 m3/h，附近0802钻孔资料分析孔底距大青灰岩含水层还有8.3米，通过取水样化验分析大青4号钻孔出水为奥灰水，目前51105运输巷底板潮湿且有浸水，在迎头施工超前探测孔2个，孔1方位N163O孔深227米水量7.2m3/h，孔2方位N181O孔深222米水量55m3/h，终孔层位均控制在5煤底板下30米以内，取水样分析结果表明钻孔出水为灰岩、砂岩混合水。
钻探结果说明51105运输巷前方可能存在隐伏导含水构造。
根据公司规定51105工作面掘进时，必须采取钻探、物探相结合的综合防治水措施，预防巷道前方构造突水及5#煤底板隐伏构造水威胁，确保工作面掘进安全。
根据首采工作面水文情况及该区地层、构造等水文地质特征分析，51105工作面回采过程中直接充水水源为5#煤层底板下局部伏青灰岩、底板砂岩含水层水和顶板野青青灰岩含水层，其中底板砂岩含水层由于厚度较大（8-10m平均9m），根据钻孔揭露情况，局部富水性极强，因此，需要针对底板砂岩含水层的特点采取防治水措施。
此外，由于下部砂岩与大青灰岩含水层之间隔水层厚度局部存在水力联系，因此奥陶系灰岩含水层、大青灰岩含水层可能成为工作面的间接充水含水层。
主要的充水通道为导水断层、导水裂隙带以及采煤引起的底板导水裂隙和顶板冒落导水裂隙。
因此，在工作面掘进和回采过程中，必须加强顶板野青灰岩含水层的合理受控疏放和底板砂岩水、灰岩水的综合防治。
1. 设计目的和任务
为了确保51105工作面的安全开采，在系统分析葛泉矿东井试采区地质、水文地质条件和总结1192工作面掘进和回采过程中防治水经验的基础上，编制本设计。
设计内容主要包括以下几个方面：
（1）、工作面巷道掘进阶段顶、底板及边界断层水害防治工程设计；
（2）、工作面回采之前底板导水构造探查及底板注浆加固改造工程设计；
（3）、工作面回采过程突水监测工程设计；
本设计的目的在于：
（1）、作为防治水工程措施（疏降、注浆堵水、加固改造、排水及配套工程）施工组织设计的技术依据；
（2）、作为主体防治水工程方案的技术操作、工程量、工期和费用编制的依据；
（3）、根据工作面掘进实际情况和前期探查情况，适时调整措施方法及工程量获得常规开采的安全保障与效率保证。
2. 1194工作面防治水工作技术路线
1194工作面防治水工作分3个阶段进行，即巷道掘进阶段、工作面回采前、工作面回采阶段。
各个阶段的具体任务各有侧重，详见下图所示：
1194工作面防治水工作技术路线框图
3. 1194工作面防治水工程设计
根据首采工作面防治水经验，遵循“预防为主，有疑必探，探治结合，探采结合，先探后掘，先治后采”的原则。
工作面巷道掘进阶段防治水工作的中心任务是对掘进头前方煤层底板导水构造的探查与治理；工作面回采之前的重点工作是对工作面底板导水裂隙带的探查与治理，对底板隔水层与本溪灰岩含水层的全面注浆改造应该在全面探查的基础上有的防矢的进行，9#煤底板加固与本溪灰岩注浆改造的重点应该放在相对富水和导水构造发育的区段；工作面回采过程中，除了进行常规的水文地质监测外，还应该对相对薄弱区段进行突水监测与预测预报。
4. 1194工作面巷道掘进阶段防治工程设计
4.1 底板导水构造及本溪灰岩探查与治理工程设计
工作面巷道掘进期间，对掘进头前方煤层底板导水构造的探查是防治水工作的重点。
巷道掘进时，首先采用直流电法超前探测技术，对掘进头前方进行超前探测，若发现低阻异常区（视电阻率小于60Ω.m），则进行背景场改变条件下的二次探测，二次探测未发现相同位置存在异常时巷道继续掘进，二次探测如发现巷道前方相同位置处仍存在低阻异常时，立即停止掘进采用钻探手段进行探查验证。
对钻探验证查明的导水构造，采用注浆加固的方式进行治理，处理后方可继续掘进；若掘进头前方未发现低阻异常区，则采用风动钻沿煤层打超前探构造孔，超前探构造孔终孔位置为下一次物探起始点位置，探构造孔发现地质异常时采用钻探方法查明情况。
物探、钻探超前距必须保证20m。
运料巷掘成后采用瞬变电磁探测技术（测向探测距离约130m）对工作面侧进行探测，发现异常进行钻探验证。
对确认的垂向导水构造进行注浆加固，防止巷道滞后突水。
对掘进头前方及已掘巷道直流电法勘探的过程，也是对煤层底板下伏本溪灰岩含水层富水性特征的探查研究过程。
4. 2 低阻异常区钻探验证工程设计
①、单孔结构设计
物探异常区探查孔由Ф108mm孔口管、Ф89mm止水套管、裸孔Ф75mm组成。
裸孔出水段长度和探放水孔倾角及孔口管长度在符合相关规程的基础上，因钻孔位置、物探异常区范围以及初见水量大小而不同。
由于探查孔兼作本溪灰岩注浆加固改造孔，因此，终孔层位为进入本溪灰岩底板下2m。
②、钻孔布置
低阻异常区探查孔的布置关键在于探水线的选择，探查孔起探距离不小于20 m ，一般情况下选择在煤层底板布置2个下斜钻孔，根据物探异常区与待掘巷道的位置关系选择钻孔方位，同时兼顾对本溪灰岩含水层的探查。
4. 3 顶板大青灰岩水疏放工程设计
工作面掘进过程中，根据顶板滴淋水情况每隔100-150m施工一个大青灰岩放水孔，查明大青灰岩水文条件及与9#煤层间距。
4. 4 SF2断层的探查与注浆加固
结合地震勘探成果及1192工作面实际揭露资料，预计1194工作面切眼附近存在SF2（H=0~9.8m，∠75°）断层。
该断层在1192运输巷揭露时未发现导水
现象，延展到1194工作面落差有可能增大。
为防止1194工作面段断层导水，当巷道掘进至该断层附近时，首先采用直流电法超前探测技术对该断层进行探测，初步确定断层位置，再采用钻探探查其落差和水文情况。
此后进行注浆加固。
4. 5 1194工作面底板注浆加固工程设计
1194运输巷设计施工注浆钻孔一览表表1
81个，总钻探工程量约4390m。
见附图：1194工作面底板注浆加固设计图
六、底板注浆加固费用概算
预计2007年5月1194工作面圈出。
钻探、注浆工程预计于07年2月开始进行。
计划动用6台钻机进行施工，一部钻机平均日进8m，一个月按正常钻进25天计算，则钻探工期为3940÷（8×6×25）＝3.3个月，钻孔施工与钻孔注浆工程同步进行。
由于注浆效果检查孔需待07年9月工作面“坑透”和“音频电透视”工作做完后进行，9个检查孔450m钻探及注浆工程量预计在10月中旬前完成。
可以保证08年3月份工作面安装工作。
5. 首采工作面回采之前防治水工程设计
东井区9#煤试采区位于百泉水文地质单元径流区靠近百泉排泄区的位置，奥灰水文地质条件复杂，井田内岩溶陷落柱已发现62个。
葛泉矿东井9#煤开采面临底板以下本溪灰岩水的潜在威胁，该含水层厚度明显大于邢台矿区其它矿井的厚度，加之本灰至奥灰含水层之间的厚度仅8.8~16.68m，在陷落柱极为发育的葛泉井田二者发生水力联系的可能性很大。
基于上述水文地质条件的认识，东井在9#煤开采过程中，应从大面积注浆改造本灰含水层开始，逐步向局部注浆加固底板的方式过渡。
底板注浆可以解决两个方面的问题，即隔水层加固与本灰含水层改造，这不仅解决了本灰含水层自身的水患问题，同时，增加了底板隔水层厚度从而有利于对奥灰水的预防，起到双重的防治水效果。
因此，1194工作面回采之前，首先采用坑透探测技术，勘探工作面内部构造裂隙发育情况；其次，采用井下音频电透视勘探技术，探查煤层底板隔水层及本溪灰岩含水层富水性特征；最后，根据上述勘探结果，布设注浆检查钻孔，检查注浆效果，对局部加固改造效果不理想的区段进行补充注浆，直至符合回采条件的情况下工作面方可回采。
6. 工作面回采过程中突水监测工程设计
在工作面回采过程中对工作面底板薄弱区段和受采煤扰动影响较大的区段进行底板突水实时监测，布置底板扰动破坏深度观测孔，监测水压变化情况，及时发现突水征兆，保障1194工作面的回采安全。
同时，研究采动破坏深度尤其是采动引起的导水裂隙带深度，为东井安全开采9#煤提供基础技术资料。