井下探放老空水技术要求.pdf

附件一 井下探放老空水技术要求井下探放老空水技术要求 1.1.老空水探放原则老空水探放原则 对于采掘工作面受老空水害影响的矿井，应当坚持“预测预 报、探掘分离、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则进行探 放水。 除了要遵循上述原则外，探放老空水还应遵循以下具体原则 （1）主动探放的原则。当老空区上方（地面或井下）不存在 重要建筑物、老空水与地表水体及煤系含水层水力联系不密切， 老空积水体压覆的大量煤炭资源急待开采时，应采取主动探放原 则，将该部分老空区积水疏干，以彻底解除水患。 （2）先隔离后探放的原则。包括两种情况一是老空区水与 地表水有密切水力联系，接受降水和地表水补给；或老空区的积 水量大，不易疏干。为避免矿井增加长期排水费用，应先设法隔 断老空积水补给源或减少老空区补给水量，然后再进行探放水。 二是煤层松散或节理发育，采掘工作已邻近积水区，直接探放水 有安全隐患时，应先修筑隔水墙，并预埋套管，在墙外进行探放水。 如果隔断老空区补给水源有困难而无法进行有效的疏放，必 须留设防水煤岩柱，与生产区隔开，待条件成熟后再进行处理。 （3） 先降压后探放的原则。 对水量大、 水压高的老空积水区， 3 应本着从高处向低处分段、逐步探放的原则，降低老空区水压； 或先从煤层顶底板岩层打放水钻孔，把水压降至安全值后，然后 再沿煤层打探水钻孔。 （4）先堵后探放的原则。当老空区积水与强含水层水或其他 水体存在密切的水力联系，且补给量较大时，应先封堵老空水与 其他水体的水力联系通道，然后再进行探放水。 2.2.老空水老空水““三线三线”” 当采掘工作面接近老空积水区时，为防止老空水透水，确保 采掘工作和人身安全，需将老空积水区的积水范围、水位标高、 积水量等资料填绘在采掘工程图上。经过分析划出三条界线，即 积水线、探水线、和警戒线，简称“三线” （图 1） 。 积水线（采空边界） 探水线 警戒线 430m 440m 450m 460m 470m 480m 490m 500m12 3 图1 积水线、探水线和警戒线示意图 1积水线（采空边界） ；2探水线；3警戒线 积水线积水线即老空区、小窑采空区的积水范围。是根据地质调 查、物探、钻探等探查结果圈定的老空积水边界线。 探水线探水线根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件及 4 其资料可靠程度、采空区和巷道受矿山压力破坏情况等因素确定。 具体有如下规定 （1）探水线应根据积水区的位置、范围、水文地质条件及其 资料的可靠程度，以及采空区、巷道受矿山压力的破坏情况等因 素确定。 （2）对本矿开采所造成的老空、老巷、水窝等积水区，其边 界位置准确，水压不超过 1MPa，探水线至积水线的最小距离为 在煤层中不得少于 30m，在岩层中不得少于 20m。 （3）对本矿井的积水区，虽有图纸资料，但不能确定积水边 界时，探水线至推断的积水线的最小距离不得少于 60m。 （4）对有图纸资料可查的老窑，探水线至老窑边界的最小距 离不得少于 60m。对没有图纸资料可查的老窑，可根据本矿井已了 解到的小窑开采最低水平，作为预测的可疑区，必要时可先进行 物探控制可疑区，再由可疑区向外推 100m 作为探水线。 警戒线警戒线图纸资料可靠的由探水线外推不少于 30m 作为警戒 线；有一定图纸资料参考的外推不少于 50m 作为警戒线，资料依 靠调查分析判断的外推不少于 80m 作为警戒线。 3 3. .探放水设计探放水设计 探水前必须编制探放水设计，探放水结束后，必须有探放水 工作总结。探放水设计编制内容包括 （1）探放水区老空积水情况。包括老空积水范围、积水量、 水头高度（水压） 、补给量，老空与上、下采空区、相邻积水区、 5 地表河流、建筑物及断层构造的关系，积水区与含煤地层及上下 含水层的水力联系等，确定探水线。 （2）探放水区地质、水文地质条件。 （3）探放水区巷道的布置、施工次序、规格和支护形式等。 （4）探放水钻孔组数、个数、孔径、方位、倾角、深度，套 管长度、壁厚，施工技术要求及采用的超前距与帮距。 （5）探放水施工设备、钻具等。 （6）探放水施工安全技术措施。包括钻机运输安装、钻探操 作的安全措施、受老空水等威胁地区信号联系和避灾路线的确定、 施工现场的通风措施和瓦斯检查制度、钻孔放水措施、通讯方法 和工具、机电管理及避灾路线等。 （7）防排水设施，如水闸门、水闸墙及水仓、水泵、管路和 水沟等，排水系统能力、排水设备的维护、泄水线路的清理制度等。 （8）施工工程图纸老空水体位置、老空积水区与现采掘工 作面的关系图、探放水钻孔布置的平面图、剖面图及钻孔施工位 置图、避灾路线图等。 （9）其他应在探放水设计中明确的内容。 4 4. .探放老空水的内容和要求探放老空水的内容和要求 4 4.1.1 施工准备施工准备 1）探放水前的检查工作 （1）检查排水系统。准备或清理好水沟、水仓；检查排水管 路、排水泵及电动机，确保排水系统正常运转，达到设计的最大 排水能力。 6 （2）检查瓦斯。矿井必须按管理制度定时进行瓦斯检查，瓦 斯浓度超过安全规定时应停止工作，及时加强通风。 （3）检查支护情况。矿井井下探放水施工巷道现场发现有松 动或破损的支护要及时修整或更换，并仔细检查帮顶是否背好。 （4）检查煤壁。矿井井下探放水施工现场的煤壁有松软或膨 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。 （5）检查避灾路线。矿井井下探放水施工过程中，设计的避 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。 2）探放水前的准备工作 安装钻机探水前，必须遵守以下规定 （1）加强钻孔附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固的 立柱和拦板。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、锯和斧等，以便探放水过程中意外出水或钻 孔水压突然增大时及时处理。 （2）清理巷道，挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时， 配备与探放水量相适应的排水设备； （3）在打钻地点或其附近安设专用电话； （4）依据设计，确定探水孔位置时，由测量人员进行标定。 负责探放水工作的人员亲临现场，共同确定钻孔的方位、倾角、 深度和钻孔数量； （5）在预计水压大于 0.1MPa 的地点探水时，必须预先固结 套管。套管口安装闸阀，套管深度在探放水设计中规定。预先开 7 掘安全躲避硐，制定包括撤人的避灾路线等安全措施，并使每个 作业人员了解和掌握； （6）钻孔内水压大于 1.5MPa 时，采用反压和有防喷装置的 方法钻进，并制定防止孔口管和煤（岩）壁突然鼓出的措施。 4 4.2.2 老空水积水量估算老空水积水量估算 或 式中W老空积水量，m 3； M采厚，m； a老空走向长度，m； h老空垂高，m； F老空区水平面积，m 2； α煤层倾角， （） ； K老空的充水系数，一般老空区取 0.3-0.5，煤巷取 0.5-0.8，岩巷取 0.8-1.0。 4 4.3.3 探水线内钻孔布置探水线内钻孔布置 1）超前距、允许掘进距离、帮距和密度的确定（图 2） 。 孔间距 安全外围线 应小于老空宽度 外斜眼 中眼 帮距 探水终孔位置 超前距允许掘进距离 图图 2 探水钻孔的超前距、帮距和允许掘进距离示意图探水钻孔的超前距、帮距和允许掘进距离示意图 8 a sin KM h W   cos KMF W   探放老空水超前距、 帮距需满足前述规定， 另外也可按以下公 式计算确定。 （1）超前距 按下式计算 a0.5AL 式中a超前距（或帮距） ，m； A安全系数，一般取 2～5； L巷道的跨度（宽或高取其大者） ，m； P水头压力，MPa； Kp煤的抗张强度，MPa，可由试验测定。一般采用 0.2～ 1.4MPa，在无实测资料时可供参考。 （2）允许掘进距离 指经探水后，证实无水害威胁，可以安全掘进的长度。 （3）帮距 指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 值一般应与超前距相同，有时可略比超前距小 1-2m。 （4）钻孔密度（孔间距） 指到允许掘进距离的终点处的探水钻孔之间的间距。间距的 大小视具体情况而定，一般不得超过 3m。 2）探水钻孔布置方式。 （1）针对三线管理规定中“警戒线、探水线、积水线”不同 范围内的钻孔设计原则，因水患威胁不同，结合现场的可操作性 和实际经济效果等综合因素考虑，应分三种情况进行分别设计。 9 3 p p k 探水钻孔的布置方式、数量和夹角大小可参见表 1。 ①①在警戒线圈定以外区域，按照掘进钻探“有掘必探”工作 要求，实行基本钻探方式。 薄煤层薄煤层设计钻孔成扇形布置，按照超前距离控制至少 30m， 帮距控制至少20m 的要求， 探放水钻孔布置按照至少3 个进行设计。 厚煤层厚煤层设计钻孔成扇形布置，按照超前距离控制至少 30m， 帮距控制至少 20m 的要求，探放水钻孔布置按照至少 4 个进行设 计。即在薄煤层钻孔设计基础上，在垂直方向上增加 1 个钻孔。 ②②在警戒线以内、探水线以外的过渡区域，应按照资料掌握 的可靠程度，结合地面、井下物探成果，针对性的进行钻孔方案 设计，原则上要比情况 1 方案设计钻孔数多、比情况 3 方案设计 钻孔数少，应按照山西省掘进钻探“有掘必探”工作要求，实行 有针对性的钻探方式。参考方案（以钻孔设计 60m 为例） 。 薄煤层薄煤层煤层赋存方向应至少应布置 5 个探放水钻孔（见图 1） 。 图 1 10 厚煤层厚煤层应至少布置 8 个探放水钻孔，煤层赋存方向布置 5 个孔，垂直方向的前进方向布置 3 个孔。巷道沿煤层顶板正常掘 进时，3 个垂直方向钻孔应探至煤层底板（见图 2） ；巷道沿煤层 底板正常掘进时，3 个垂直方向钻孔应探至煤层顶板（见图 3） 。 图2 图3 11 ③③在探水线以内区域，按照探放老空水管理工作要求进行钻 孔设计，一般在终孔位置处横向钻孔间距不得超过 3m，纵向孔间 距不得超过 1.5m。 12 表表 1探水钻孔布置方式探水钻孔布置方式 煤层 厚薄 探水孔布置方式孔数钻孔水平夹角钻孔倾角 薄 煤 层 钻孔呈扇形布置， 布置在巷道前方 4 图31-13-2 安全外围线 安全外围线 允许掘进距离超前距 2 4 2 1 1 33 5 3 在警戒线圈定以外 区域， 实行基本钻探 方式 一般水平布置 3 个钻孔。 3 2 1 按地层产状换 算而定 在警戒线以内、 探水 线以外的过渡区域， 适当加密钻孔布置 一般水平布置 5-7 个钻孔。 3 2 1 图31-13-3 45 分大夹角与小 夹角两种， 前者 钻 孔 夹 角 7～ 15后者 1～3， 视小窑老空的 规模而定。 老空 规模大取大夹 角，反之，取小 夹角 在探水线以内区域， 一般在终孔位置处 横向钻孔间距不得 超过 3m，纵向孔间 距不得超过 1.5m。 124 3 5 13 厚 煤 层 钻孔在水平及垂向方向上呈扇形 布置，布置在巷道前方 4 图31-13-2 安全外围线 安全外围线 允许掘进距离超前距 2 4 2 1 1 33 5 3 在警戒线圈定以外 区域， 实行基本钻探 方式 一般布置 4 个孔，按照巷道沿顶底板掘进 方式，分别有一个钻孔探至煤层顶、底板 3 21 4 3 21 4 分大夹角与小 夹角两种， 前者 钻 孔 夹 角 7～ 15后者 1～3， 视小窑老空的 规模而定。 老空 规模大取大夹 角，反之，取小 夹角 按地层产状换 算而定 在警戒线以内、 探水 线以外的过渡区域， 适当加密钻孔布置 一般布置 8 孔，分别有 3 个钻孔探至煤层 顶、底板 32 14 5 6 7 8 3 21 7 4 5 68 在探水线以内区域， 一般在终孔位置处 横向钻孔间距不得 超过 3m，纵向孔间 距不得超过 1.5m。 3 2 1 4 5 14 （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。隔离式探水有三种类型， 其使用条件及钻孔布置参考表 2。 表表 2 隔离式探水类型及使用条件隔离式探水类型及使用条件 探水类型使 用 条 件钻孔布置示意图说明 专门探水石 门探水 积 水 区 水 压 高 （ 水 头100m），水量大、附 近又无巷道可以利用时， 由煤层向岩层中掘石门并 应使石门与积水煤层之间 距离不小于20m 石门 积水 图31-14-1 应选择安全、经济、 合理的位置施工放 水石门 墙外探水 煤层松散或节理发育，采 掘工作已邻近积水区时， 应先修筑隔水墙，并预埋 套管，在墙外进行探放水 图31-14-2 水泥浆 隔水墙 水闸墙上预埋孔口 管， 其孔口安全装置 经试压达到设计要 求后，再探放水 隔层探水 煤层间距大于 20m，相邻 煤层又有探水和排水条件 时，可于相邻煤层的巷道 内向上方打探水孔 图31-14-3 老空积水 巷道水 必须埋好孔口安全 装置， 放水后应注意 钻孔堵塞， 防止重新 积水 注在开采煤层群而导致多煤层重叠积水时，也可以从地面向预测积水区下边界打探水孔，将积水串联，同时放出。 （3）探放水应采用深孔、中深孔和浅孔相结合的方式（见图 3） 。 每次探放水应打三个深孔（中眼和两个外斜眼） ，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，可保继 续探水掘进时安全。中深孔布置在三个深孔之间或外斜眼外侧， 孔深要满足超前距、帮距和孔间距的要求。 薄煤层探水时，钻孔先穿过煤层至顶底板，然后布置浅孔沿 煤层钻进，钻孔深度根据需要确定。 15 厚煤层或急倾斜煤层的探放水钻孔，不仅平面上布置成扇形， 剖面上也应布置成扇形，以防漏掉老空巷道。 12 3 1 C1 C2 A2 D2 A1 1 D B 图3 深孔、中深孔和浅孔相结合探放水示意图 1-深孔；2-中深孔；3-浅孔 A1、A2-第一、第二次超前距；B1-帮距；C1、C2-第一、第二次孔间距；D1、D2-第一、第二次允许掘进距离。 3）孔口安全装置 放水钻孔都必须使用孔口安全装置，其施工和安装程序如下 （1）选择煤、岩层坚硬完整的地段开孔，孔径应比孔口管直 径大 1～2 级， 钻至预定深度（视水压高低和煤岩层强度而定） 后， 将孔内冲洗干净。 （2）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，待水泥浆凝结后，即可在孔口管内钻进。另 一种方法是将孔口管插入孔内后，在孔口用水玻璃和水泥将孔口 管固定并封死，在管的上方另留一个小管，而后从孔口管内向四 周压入水泥浆，开始从小管跑出空气和水，待跑出浓水泥浆时即 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 16 浆，关闭孔口管闸阀，待水泥浆凝固，如图 4。 孔口管 小管 挤水泥浆 固定孔口管之水泥 图图 4 探放水孔孔口管安装示意图探放水孔孔口管安装示意图 （3）水泥浆固结不小于 48 小时后扫孔，待深度达到原孔深 后，向孔内压水，试验压力大于孔口管末端承受静水压力的 1.5～ 2 倍，孔口管牢固不动，周围没有渗漏水现象，说明合乎要求，否 则重新注浆加固。 （4）为了安全目的，还应在孔口管上安装水压表、闸阀等。 完整的探放水孔孔口管安全装置如图 5。 12 3 4 5 6 7 8 9 图图 5探放高压水的孔口安全装置示意图（水压大于探放高压水的孔口安全装置示意图（水压大于 1.0MPa 时用）时用） 1-孔口管；2-肋骨片（间距 120绕套管焊接） ；3-孔口止水麻线（内扎风钻用水针） ；4-水针；5-法兰盘；6-三通； 7-压力表三通；8-泄水闸；9-锚杆。 17 （5）对水压高于 1.0MPa、且水量较大的积水或强含水层进行 探放水时，孔口应安装防喷逆止阀，以免高压水顶出钻杆，喷出 碎石伤人，如图 6。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 接 钻 机 图6 防喷逆止阀安装示意图 1-孔口管加压螺栓；2-孔口立柱；3-固定管卡；4-钻头；5-岩芯管；6-φ42mm 钻杆；7-防喷立柱；8-挡水板；9-逆止 阀固定盘；10-弹簧架；11-弹簧；12-轮轴；13-偏心轮；14-制动手把；15-制动卡瓦。 安装防喷逆止阀时应注意①①防喷立柱必须切实打牢，它与 防喷挡水板用螺钉固定，挡水板上留有钻杆通过的圆孔；②②逆止 阀固定盘与挡板用固定螺钉连接；③③在打倾斜孔时，逆止阀固定 盘与挡板之间有不同的夹角，可用木楔夹紧；打水平孔时二者重 叠（夹角为零）固定；打垂直孔时可直接与孔口水门法兰盘连接； ④④孔内遇高压水强烈外喷并顶钻时，用逆止阀制动手把控制钻杆 18 徐徐退出拆卸。当岩芯管离开孔口闸阀后，立即关闭孔口闸阀， 让高压水沿三通泄水阀喷向安全地点； ⑤⑤当积水为 PH 值5 的酸性 水放水时间又较长时，孔口安全装置应涂敷防腐漆或沥青，以防 腐蚀；必要时用铜或不锈钢材料制造孔口安全装置。 4）放水钻孔孔径及孔数的确定。 （1）钻孔孔径 放水钻孔终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。在生产实践中常采用的孔径为 54mm， 60mm，75mm，一般不超过 75mm，以免因流速过高，冲垮煤柱。 （2）钻孔孔数的确定 A.单孔出水量估算 q3600Cω 2gH 式中q单孔出水量，m 3/h； 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，可由试验得出，无资料时可用 0.6～0.7； ω钻孔断面积，m 2； g重力加速度，9.81m/s 2； 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，为简便计算钻孔的平均放水量，可用钻孔出口处最 大水头高度的 40-50 B. 平均放水量计算 19 式中 cp Q平均放水量，m 3/h； Ｗ静储量或老空总积水量，m； 3 t计划放水期限，h； Ｑ补补给量，m 3/h。 C. 钻孔孔数计算 式中N放水钻孔孔数； K备用孔个数，一般取 1～2 个。 5） 探水线外探放水钻孔布置参照探水线内探放水钻孔布置适 当减少，但掘进中心水平上不得少于 3 个孔、在垂向上每 1.5 米 至少布置一个探放水孔。 4 4. .4 4 探水与掘进配合探水与掘进配合 受水害威胁的地区，必须与掘进施工管理相配合，才能取得 良好的放水效果。 （1）双巷掘进交叉探水上山巷道三面受水威胁，一般应采 取双巷掘进，交叉探水（图 7） 。双巷之间每隔 30～50m 掘一联络 巷，作为安全躲避地点，同时在联络巷中设挡水半墙，以便其中 一条上山出水时，水不会窜到另一条上山中去。探水钻孔布置成 扇形，甲上山探水，乙上山掘进；乙上山探水，甲上山掘进，相 互掩护。 20 cp W QQ t ＝ 补 cp Q NK q  山 上 甲 墙 半 山 上 乙 联络巷 30～50m 23 探水钻孔 小窑老空 图图 7双巷掘进交叉探水示意图双巷掘进交叉探水示意图 （2）双巷掘进、单巷超前探水倾斜煤巷平巷掘进时，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掘一联络巷，上方巷道探水，下方巷道作泄水巷（图 8） 。 副 巷 正 巷探 水 钻 孔 小 窑 老 空 25 图图 8 双巷掘进、单巷超前探水示意图双巷掘进、单巷超前探水示意图 （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，上风道应先探水掘进到位，再施工开切眼（图 9） 。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。 21 小窑老空 上风道 探水钻孔 工作面切眼 区 下顺槽 采 边 界 图9 平巷和开切眼互相配合探水示意图 （4）上山与下山互相配合探水下山巷道掘进，除防止迎头 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，下山巷道应停止掘进，待水害威胁消除后再继续 掘进（图 10） 。 上山探水 积水 下山巷道 图图 10上山和下山互相配合探水示意图上山和下山互相配合探水示意图 4 4. .5 5 探放老空水注意事项探放老空水注意事项 （1）探水钻孔超前距和止水套管长度应符合相应的要求。探 放老空积水的超前钻距，根据水压、煤（岩）层厚度和强度及安 全措施等情况确定，但最小水平钻距不得小于 30 m，止水套管长 度不得小于 10m。 （2）探水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内 22 呈扇形。在超前距和帮距范围内，钻孔终孔位置以满足平距 3m 为 准，厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过 1.5 m； （3）煤层内探放水压高于 1MPa 老空积水时，可以先建筑防 水闸墙，并在闸墙外向内探放水； （4）上山探水时，一般进行双巷掘进，其中一条超前探水和 汇水，另一条用来安全撤人。双巷间每隔 30-50 m 掘 1 个联络巷， 并设挡水墙。 （5）在探放水钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或者钻眼 中水压、水量突然增大和顶钻等透水征兆时，应当立即停止钻进， 但不得拔出钻杆；应当立即向矿井调度室汇报，派人监测水情。 发现情况危急，应当立即撤出所有受水威胁区域的人员到安全地 点，然后采取安全措施，进行处理。 （6） 探放老空水前， 应当首先分析查明老空水体的空间位置、 积水量和水压。探放水孔应当钻入老空水体，并监视放水全过程， 核对放水量，直到老空水放完为止。当钻孔接近老空时，应当设 有瓦斯检查员或者矿山救护队员在现场值班，随时检查空气成分。 如果瓦斯或者其他有害气体浓度超过有关规定，应当立即停止钻 进，切断电源，撤出人员，并报告矿井调度室，及时处理。 （7）钻孔放水前，应当估计积水量，并根据矿井排水能力和 水仓容量，控制放水流量，防止淹井；放水时，应当设有专人监 测钻孔出水情况，测定水量和水压，做好记录。如果水量突然变 化，应当及时处理，并立即报告矿调度室。 23 5 5. .探放水施工安全措施探放水施工安全措施 （1）在有突然大量涌水情况下探水时，应在探水工作面附近 设临时水闸门。 （2）要经常检查探水工作面的瓦斯含量，发现有害气体喷出 应在加强通风的同时，用预先准备好的木塞、黄泥封堵孔口；或 停止工作，切断电源，将人员撤到新鲜风流地点。 （3）预先规定好联络信号、涌水时的对策及人员避灾路线。 （4）钻探过程中发现孔内显著变软或有水沿钻杆流出时，应 立即停钻检查。孔内水压很大时，应马上将钻杆固定，严禁移动 和起拔。钻机后面严禁人员正对钻杆站立。 24