井下探放水.doc

井下探放水 井下探放水 一、探水的目的 探水系指采矿过程中用超前勘探方法，查明采掘工作面顶底板、侧帮和前方的含水构造（包括陷落柱）、含水层、积水老窑等水体的具体位置、产状等，其目的是为有效的防止矿井水害的发生。 二、探水的原则 采掘工作面必须执行“有疑必探，先探后掘”的原则，因而，遇到下列情况之一时，必须探水。 1）接近水淹的井巷、老空、老窑或小窑时。 2）接近含水层、导水断层、含水裂隙密集带、溶洞和陷落柱时，或通过它们之前。 3）打开隔离煤柱放水前。 4）接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带或裂隙发育带时。 5）接近可能出（突）水的钻孔时。 6）接近有水或稀泥的灌浆区时。 7）采动影响范围内有承压含水层或含水构造，或煤层与含水层间的隔水岩柱厚度不清，可能突水时。 8）接近水文地质条件复杂的地段，采掘工作有突（出）水征兆或情况不明时。 9）采掘工程接近其它可能出（突）水地段时。 井下探 放水大致分为 1）探放老空水 2）探放断层水 3）探放陷落水 4）导水钻孔的探查与处理。 5）探放含水层水 探放老空水 一、探放水工程设计内容 ⑴探放水巷道、工作面周围的水文地质条件。 如老空积水范围、积水量、确切的水头高度（水压）、正常涌水量，老空与上、下采空区、相邻积水区、地表河流、建筑物及断层构造的关系等，以及积水区与其它含水层的水力联系程度。 ⑵探水巷道的开拓方向、施工次序、规格和支护形式。 ⑶探水钻组数、个数、方向、角度、深度和施工技术要求及采用的超前距与帮距。 ⑷探水施工与掘进工作的安全规定。 ⑸受水威胁地区信号联系和避灾路线的确定。 ⑹通风措施和瓦斯检查制度。 ⑺防排水设施，如水泵、管路和水沟等排水系统和能力的具体安排。 ⑻水情及避灾联系汇报制度和灾害处理措施。 ⑼附老空位置及积水区与现采区的关系图，探放水孔布置的平面图、剖面图等。 二、探放老空水的原则 探放老空水应遵循如下原则。 （1）先隔离后探放 与地表水有密切水力联系的老空水，雨季可能接受大量补充;或老空的涌水量较大，水质不好（酸性大）;或为避免长期负担排水费用，对这种积水区应设法隔断或减少其补给水量，然后再进行探水;若隔断水源有困难无法进行有效的探放，则应留设煤岩柱与生产区隔开，待到矿井生产后期再进行处理。 （2）积极探放 当老空区不在河沟或重要建筑物下面，排放老空区内积水不会过分加重矿井排水负担，且积水区之下又有大量的煤炭资源，亟待开采时，这部分积水应千方百计地放出来，以彻底解除水患。 （3）先降压后探放 对水量大、水高的积水区，应先从顶、底板岩层打穿层放水孔，把水压降下来，然后再沿煤层打探放水钻孔。 （4）先堵后探放 当老空区与强含水层水或其它大小水源水有联系，出水点有很大的补给量时，一般应先堵住出水点，而后再探水放水。 三、探放老空水的步骤及方法 （一）、探水前应注意的事项 1、检查排水系统，准备好水沟，水仓及排水管路；检查排水泵及电机，使之正常运转，达到设计的最大排水能力。 2、准备堵水材料。在探水地点应备用一定数量的坑木、麻袋、木塞、木板、黄泥、棉线、锯、斧等，以便出水或来压时及时处理。 3、检查瓦斯。瓦斯浓度超过安全规定时应停止工作，加强打钻地点的通风。 4、检查支护情况。有松动或破损的支架要及时修整或更换，帮顶是否背好，是否有掉矸掉块发生，都要一一检查。 5、检查煤壁。煤壁有松软或膨胀等现象时，要及时处理，闭紧填实，必要时可打上木垛，防止水流冲垮煤壁，造成事故。 6、检查水沟。巷道水沟中的浮煤、碎石等杂物，应随时清理干净。若水沟被冒顶或片帮堵塞时，应立即修复。 7、检查安全退路。即避灾路线内不许有煤炭、木料、煤车等阻塞，要时刻保证畅通无阻。 （二）、探水起点的确定 根据探放水的经验，将调查和勘探（包括物探）获得的小窑、老空分布资料，经过分析划出三条界线。 1、积水线 调查核定积边界线（即小窑采空区的范围），其深部界线应根据小窑或老空的最深下山划定。并填写古井或近期采空区积水调查表。 2、探水线 沿积水线外推60150m的距离划一条线即为探水线（下山掘进时则为顺层的斜距），此数值大小视积水边界的可靠程度、水压大小、煤的坚硬程度、顶底板岩性及地质构造等因素来确定。当掘进巷道至此线时应开始探水。 3、警戒线 由探水线再外推50150m（在上山掘进时指倾斜距离）即为警戒线。当巷道进入此线后，就应警惕积水的威胁，注意掘进工作面的变化，如发现有透（突）水征兆应提前探水。探水线、警戒线的确定可结合本矿井的实际情况确定。 （三）老空积水量的估算 老空积水可按下式估算 Q积∑Q采∑Q巷，m3 Q采KMF/cosɑ ，m3 Q巷WLK，m3 式中 Q积----相互连通的各积水区总积水量（m3）； ∑Q采----有水力联系的某些（或某几个）煤层采空区积水量之和（m3）； ∑Q巷----与采空区连通的各种巷道积水量之和（m3）； K----采空区或巷道的充水系数；采空区一般采用0.250.5，巷道充 水系数一般煤巷取0.50.8，岩巷取0.81.0; M----采空区的平均采高线或煤厚m; F----采空积水区的水平投影面积m2; ɑ ----煤层倾角（）； W----积水巷道原有断面（m2）； L----不同断面的巷道长度（m）。 采空区充水系数（K）与采煤方法、回采率、煤层倾角、顶底板岩性及其碎胀程度、采后间隔时间等因素有关；而巷道充水系数则根据煤巷、岩巷和其成巷时间不同及维修状况而定。因此，逐块逐条地选定充水系数，是积水量预计的关键。 （四）探放水钻孔的布置 探放水钻孔的布置应以下漏掉“老空”、保证安全生产、探水工作量最小为原则。 1、探水钻孔的超前距、允许掘进距离、帮距和密度的确定。 （1）超前距探水时从探水线开始向前方打钻探水，一次打透积水的情况较少，常是探水--掘进--探水循环进行；而探水钻孔的终孔位置应始终保持超前工作面一段的安全距离，这段距离简称“超前距”。 （2）允许掘进距离 经探水后，证实无水害威胁，可以安全掘进的长度称为允许掘进距离。 （3）帮距 为使巷道两帮与可能存在的老空积水间保持一定的安全距离，即扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离。其值应与超前距相同，可用下式计算。 2．探水钻孔布置方式 （1）一般倾斜煤层平巷和上山巷道探水钻孔的布置方式呈扇形、数量和夹角大小可根据具体情况定。 （2）在水压高、水量大或煤层松软、节理裂隙发育的情况下，煤层中打钻不安全，应采用隔离式探水。 （3）探放水应采用深孔、中深孔和浅孔相结合的方式。 深孔每次探放水应打3个深孔（中眼和两个外斜眼），为提前探到积水（深孔放水较安全），只要不脱离煤层应尽量打深，由于外斜眼深度大，控制的帮距也大，使继续探水掘进时安全。 中深孔每次探水在3个深孔之间或外斜眼外侧布置一些中深孔，孔深能满足超前距、帮距和孔间距的要求即可。 浅孔薄煤层探水，由于倾角的变化或打深孔，钻孔先穿过煤层顶、底板岩层、然后再沿煤层钻进时，应布置浅孔，把沿岩层钻进的范围补充探明。其钻孔深度根据需要确定。 对于厚煤层、急倾斜煤层探放水钻孔的布置应根据前人开采情况，不仅平面上布成扇面形，而且剖面上也应为扇面形，以防漏掉老空巷道。 3、孔口安全装置的布设 一般的探放水孔必须使用孔口安全装置。它由孔口套管、泄水测压三通、孔口闸阀孔和钻孔杆逆止阀（必要时安装）等组成。其施工和安装程序如下 （1）开孔层位选择岩层坚硬完整地段开孔，孔径应比孔口管直径大1～2级，钻至预定深度（视水位高低和煤岩层强度而定）后，将孔内冲洗干净。 （2）孔口套管的安装向孔内注入水泥浆，将预先准备好的孔口管（末端应塞以木塞）放入孔内，待水泥凝结后，即可在孔口管内钻进；另一个方法是将孔口管插入孔内后，在孔口部分用掺水玻璃的水泥浆将孔口管固定封死，在孔口管的上方另留1～2个小管（或水针），而后从孔口管内向四周压入水泥浆，待从小管跑出浓水泥浆时即将小管封死，继续向孔口管内压入水泥浆，至一定压力后停止注浆，关闭孔口管闸阀，待水泥浆凝固。 （3）水泥浆固结后扫孔、试压水泥凝固2448小时后扫孔，其深度超过孔口管长度0.5～1m后，向孔内压水。试验压力大于孔口管末端承压静水压力的1.2倍或水压值超过预计放水时的水压时，孔口管周围没有漏水现象，说明合乎要求，否则需重新注浆加固。 （4）如探放强含水层或需要收集放水时的水量与水压资料，保证放水安全时，还应在孔口管上安装水压表、水门、三通和泄水短管等完整的探放水孔孔口安全装置。 （5）探水孔孔口管埋入孔内长度，一般可参照表三的经验值。 4．放水孔孔径及孔数的确定 1）钻孔孔径 放水孔孔径应根据煤层的坚硬程度，放水孔深度等因素确定。如煤层坚硬系数较大，钻孔较深，可选用稍大一点的孔径；反之，则选较小孔径。在生产中常用42mm、54mm、64mm等孔径，一般不超过74mm，以免流速过高，冲垮煤柱。 2）钻孔孔数的确定 须按以下计算步骤进行 （1）用下式计算单孔出水量 q60Cω√2gH，m3/min 式中 C----流量系数，其值与孔壁的粗糙度，孔径大小，钻孔深度等因素有关，可由实验得出，无资料时可用0.6～0.7； ω----钻孔断面积（m2）； g----重力加速度（9.81m/s2）； H----钻孔出口处水头高度（m），随着积水的放出，其水头高度将逐渐降低，为简便计算钻孔平均放水量，可用钻孔出口处最大高度的40～50。 2）用下式计算平均放水量 QcdW/tQ动，m3/min 式中 Qcd------平均放水量（m3/min ） W----储存量或老空区的总积水量（m3）； t----计划放水期限（min）； Q动----补给量（m3/min）。 （3）用下式计算放水钻孔个数 NOcd/qk 式中 N－－－放水钻孔数 Q－－单孔出水量 K----备用孔个数，一般取1～2。 （五）探水与掘进配合 受水威胁或预测有突水危险的地段，必须与掘进施工管理相配合，才能取得良好的防水效果。 1、上山探水 因积水区在上方，上山巷道三面受水威胁，一般应双巷掘进。其中一条适当超前探水，泄水，另一条随后，用来安全撤人。双巷之间每隔30～50m掘一联系巷，并设挡水半墙，以便在其中的一条上山出水时，水不会窜到另一条上山中去。 2、倾斜煤层平巷探水 在倾斜煤层平巷掘进时，应采用双巷掘进，单巷超前探水，钻孔布置成扇形。两巷之间每隔30～50m掘一联系巷，上方巷道探水，下方巷道为泄水巷。 3、平巷和开切眼互相配合探水 在煤层内，准备回采工作面时，平巷（上风道）应先探水掘进到位，然后再施工开切眼。这样既减少开切眼掘进的危险性，又减少开切眼掘进时的探水工作量。 4、上山与下山互相配合探水 下山巷道掘进，除防止工作面和两帮来水外，还应特别注意背后来水。当上山巷道水害未消除或正在探水时，下山巷道应停止工作，待水害威胁消除后再掘进。 四、探放老空水的安全措施 （一）探水巷道掘进的安全措施 1、探水的上、下山及平巷，中间不得有低洼积水段。 2、探水巷道必须在探水钻孔有效控制范围内掘进，探水孔的超前距、帮距及孔间距必须符合设计要求。每次探水后、掘进前，应在起点处设置标志，以便下一次探水。 3、巷道支护必须牢固，顶、帮背实，无高吊棚脚，倾斜巷有撑杆，保证巷道有较强的抗水流冲击能力。 4、按预计钻孔出水量修建水沟，并将水沟内的沉渣等障碍物清理干净。巷道通风必须良好。建立与放水量相适应的排水系统 5、巷道与积水区间距小于探水规定的超前距，或有突水征兆时，应将掘进头正前和两帮支架加固，刹紧背严，以防冒顶出水，另选定安全地点探水。 6、厚煤层的上山探水巷，必须沿底板掘进，巷道内不能有浮煤。 7、探水巷道须加强出水征兆的观察，一旦发现异常应立即停掘处理。情况紧急时必须立即发出警报，撤出受水威胁地点的全部人员。 8、严格执行“三不放（炮）”制度①掘进工作面或炮眼有突水征兆时；②探水孔超前距离不够时；③掘进工作面支架不牢固或空顶距离超过规定时。 9、必须在现场交接班，交接允许掘进剩余长度和巷道中线与允许前进方位关系等问题。 （二）钻探的安全措施 1、检查安钻场地的巷道支护和通风情况，安全情况好，方可安装钻机。 2、注意检查观测周围有无出水征兆，如发现地点距积水地点很近、探水不安全时，应在采取加固措施后，另找安全地点探水。 3、钻机安装必须平稳牢固；打好抵柱、压柱。安好钻机接电时，要严格执行停送电制度，电缆吊挂要整齐。 4、严格按设计标定钻孔方位、倾角，由测量人员标定放线。每班开钻前先检查立柱、孔口安全装置、周围支护和报警信号，如有问题，先处理后开钻。 5、放水地点必须专用电话。 6、钻进时要注意判别煤、岩层厚度变化并记录换层深度。一般每钻进10m或更换钻具时，要丈量一次钻杆并核实孔深。终孔前再复核一次，以防孔深差错造成水害事故。 7、加强打钻地点的通风。钻进中发现有害或有毒气喷出时，应用黄泥、木塞（预选备好）封堵孔口。如无法处理，应立即停止工作，切断电源，将人员撤到新鲜风流地点。 8、钻进中发现孔内显著变软或沿钻杆流水，都是钻孔接近或进入积水区的象征，此时应立即停钻检查，如孔内水压很大，应将钻杆固定并记录其深度。在提出钻杆前，必须重新检查和加固有关设备和支护，并打开三通泄水阀，边钻进边推入钻具，使钻头超过原孔深1m以上，先把附近积存的淤泥碎石冲出孔外，而后再提出钻杆，以利安全放水。 9、遇高压水顶钻杆时，用立轴卡瓦和逆止阀交替控制钻杆，使其慢慢地顶出孔口。操作时禁止人员直对钻杆站立。 10、现场人员的避灾路线。 11、探放水人员必须按照批准的设计施工，不得擅自改变设计。 （三）放水及放水后掘进的安全措施 1、探到积水或水压后，应复核原有积水资料，进一步确定放水量及放水孔个数，调整排水能力，使排水供电系统符合煤矿安全规程的要求，并清理好水仓、水沟等。 2、派专人监测放水情况，记录放水量、水压，发现异常及时处理。 3、加强放水地点的通风，增加有害气体的检测次数，或设瓦斯警报器。 4、放水结束后，立即核算放水量与预计积水量的误差，查明原因，以防止有残留积水。 5、受地表水补给强烈的老空区，放水后一般应通过一个水文年的观察，方可掘透老空。恢复掘进和透老空前须进行扫孔或补孔检查。 6、掘透老空时，两侧应有掩护孔，并在有风流进出的钻孔透老空点标高以上掘进。以防由于淤泥、碎石堵孔，造成积水已被“放净”的假象和防止放水点标高以下残留积水突出和危险。 7、进入老空区后，遇见致密的矸石充填区，凡无法观测前方老空状况时，仍需探水前进，以防残留积水的危害。 7