煤矿探放水设计

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1、山西介休大佛寺南窑头煤业有限西回风大巷探放水设计前言根据煤矿防治水规定内容规定，矿井探放水规定要求，为确保我矿为能够及时掌握含水层的情况，严格控制事故的发生。严格按照“物探先行、钻探跟进、预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的防治水原则和“探掘分离”的管理规定进行探放水工作，特制定以下西回风大巷探放水设计方案及措施。 一、西回风大巷（9#）工作面概况1.地面位置及临近采区开采情况- 1 -地面：西回风大巷地面相对位置位于矿井井田的南部，相对地面最高标高为 1465.5m， 区域内无建筑物及水体，对巷道施 工无影响。井下：该巷附近无回采工作面和掘进巷道，对本工作面施工 无影响。2.巷道简介西

2、回风大巷总长 750m，开口位置在三采区回风巷 L32 测点前 8m 处，以方位角 24915开口沿 9#煤层顶板掘进，矩形 断面，净宽 4m，净高 3m，净断面 12 。3.施工次序采用边掘边探的方式，探水和掘进循环作业，即探掘探。 二、矿井水文类型概况根据矿井地质报告，我矿水文地质条件为中等类型，主要水害为周边小煤矿老空水、采空区积水及断层构造导水。 2013 年我矿实际月平均涌水量为 18.25m3/h,最大涌水量为 22.083m3/h，结合 2013 年基建情况和 2014 的基建计划，查阅有关水文地质资料，预计 2014 年我矿井正常涌水量会增加到 25.083m3/h，最大涌水量

3、会增加为 28.00m3/h。到目前为止没有出现明显增大，但 必须加强防范。目前主排水系统是原井底车场水泵房、主副主仓。各施工地点的积水由小水泵排到主水仓，主水仓容积 200m3，副水仓容积100m3。水仓内安装有三台 D46505 多级离心水泵，电机功率- 2 -55kw，电压 660v，单台额定流量 46 m3/h，扬程 250m，排水管直径 80mm，一台运行、一台备用、一台检修，工作和备用水泵的总能力能满足矿井最大涌出量的要求，二趟排水管路80mm，安 设在回风斜井。三、西回风大巷及周边水文地质概况西回风大巷布置在 9#煤层中，巷道均沿 9#煤层顶板掘进。根据矿井已有水文地质资料和走访

4、调查结果证实本巷道周 边无采空积水区 ， 因此含水层主要为石灰系上统太原组灰岩岩 溶、砂岩裂隙含水层。根据水文类型划分报告：本组地层有 4 层发育良好且被水溶解的海相石灰岩（K21、K22、K3、K4），含水层主要是以上 4 种灰岩和中粒砂岩。根据钻探及实际揭露情况，该层渗透系数低， 富水性弱，对掘进影响不大。井田总体为向斜构造，向斜轴部位于井田东部，轴向北向西，地层倾斜以向斜轴部为界，西部向东北倾斜，东部向西南倾斜，井田东部倾向小，为 5-12，西部倾角较大，为 18-21。西回风大巷在掘进过程中要预防工作面地质构造对巷道施工造 成影响，遇到特殊情况要加强支护。四、煤（岩）层赋存特征西回风大

5、巷布置在 9#煤层中，9#煤层位于太原组下段顶部，K21 石灰岩为其直接顶板，厚度 1.35-2.80m，结构简单，一般含一层夹矸，夹矸厚度 0.14-0.51m，局部不含夹矸，除西南角出- 3 -露外，赋煤区稳定可采。顶板为灰岩，偶见砂质泥岩及中粗砂岩，厚度 0.85-3.15m，平均2.10m，泥岩厚度 1.00-1.06m，平均1.03m，泥岩抗压强度为 18.70Mpa，抗拉强度为 0.95Mpa，裂隙较发育，属难冒落的坚硬顶板。底板为砂质泥岩、泥岩，偶见中粗砂岩，厚度 1.35-7.65m，平均3.66m，泥岩厚度 0.50-3.90m，平均2.22m， 泥岩抗压 11.9Mpa，抗

6、拉强度为 0.78Mpa。根据图纸资料表明，该段巷道没有特殊的地质构造，属于简 单型，如遇小断层，可按照实际情况制定相应的措施。五、物探方法1 、物探设备：武汉地大华睿地学技术有限公司生产的TEMHZ75 矿用本安型瞬变电磁仪，该仪器主要用于探测采掘工作面隐伏断层、破碎带、陷落柱，尤其是含水、导水破碎带，甚至 潜在的突水点等含水构造。2、物探原理：瞬变电磁法的物理基础是电磁感应原理，根据此理论，在电导率和磁导率均匀的大地上，铺设输入阶跃电流的回线，当发送回线中电流突然断开时，在下半空间就要被激励起感应涡流场以维持在断开电流前存在的磁场，此瞬间的电流集中在回线附近的地表，并按指数规律衰减。在发送

7、一次脉冲磁场的间歇期间，观测由地下地质体受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应电磁场（或称响应场）。地层介质被激励所感应的二次涡流场强弱决定于地层介质所耦合的一次脉冲磁场磁力线的多少，二次场的大小与地下介质的电性有关：低阻地质体感应二- 4 -次场衰减较慢，二次场电压较大；高阻地质体感应二次场衰减较快，二次场电压较小。根据二次场衰减曲线的特征就，可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等，由于瞬变电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势（纯异常响应），对二次电位进行归一化处理后。根据归一化二次电位值的变化特征，可间接地探测各种地质构造问题。因此，瞬变电磁作为一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测

8、方法，是根据地质构造本身存在的物性差异来间接 判断有关地质现象的一种有效的地质勘探手段。3、钻探验证：物探结束后进行钻探验证，在物探结果有异常的情况下，要在本设计的基础上编制补充设计，补打探水钻孔， 物探结果无异常则按本设计执行。六、探放水设计（一）、探放水目的：1. 探放掘进工作面前方是否存在含水层及其他水害类型， 防治透水事故的发生。2. 探明前方地质构造情况。（二）、探水线确定根据矿井探放水相关规定，不能确定积水区边界位置的积水区，探水线至推断积水区边界位置的最小距离不得小于 60m。 为了确保掘进巷道的安全施工（三）、钻探设备采用 ZYJ-420/200 架柱式液压回转钻机，钻机功率：

9、15kw，- 5 -可钻探长度 200m。供电路径：由变电所直接送入掘进工作面，再由工作面总开 关送入钻机及排水泵。（四）、探放水钻孔的设计参数及钻孔布置根据水文地质报告，结合我矿以往的水文地质资料和实际揭露中的情况，西回风大巷掘进工作面周围并无采空区，因此不受老空水、采空积水的影响，而且该巷道周围并无断层、陷落柱等地质构造，根据此情况，特制定以下两种钻孔布置方案： 方案 1在工作面前方无断层、陷落柱以及物探结果表明无异常的情 况下，按照方案 1 设计钻孔施工。方案 1 探水钻眼总共布置 3 个，1#中心探眼位于巷道水平中心线和垂直中心线正中心上距顶底板 1.4m 处，延巷道前进方向施工，2#

10、、3#平行与 1#探眼为两帮探眼，2#为右帮探眼距，距 1#探眼 1.5m 处与 1#探眼平行；3#为左帮探眼距 1#探眼 1.5m 处与 1# 探眼平行；(后附探孔布置图）。方案 2在工作面前方物探结果异常的情况时，需根据物探分析报告，在方案 1 的基础上，结合物探成果图，有针对性的对异常区域设计单孔进行钻探验证，具体钻孔数据需根据实际情况而定。该钻孔设计为基础设计，如遇到地质资料不清楚及过地质构造时，必须对钻孔进行重新设计，且布置探放水钻孔应当遵循下- 6 -列规定：（1）探放老空水、陷落柱水和钻孔水时，探水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距 3m

11、为准，厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过 1.5m。（2）探放断裂构造水和岩溶水等时，探水钻孔沿掘进方向 的前方及下方布置。底板方向的钻孔不得少于 2 个。2、探水钻孔超前距、帮距：，因煤岩层不稳定超前距离，探水钻孔深度为 80m，探水钻孔 终孔位置始终超前掘进工作面的距离采用 30m。超前距离的计算：a=0.5AL3 PKP=25.004式中：a超前距，m；A安全系数，一般取 25，设计取 5；L巷道跨度（宽或高取大者），m，设计取 4.8m；P水头压力，MPa。0.96MPaKP 煤的抗张强度，1.35MPa，Kp 取 1.35MPa；确定超前距为 30m。允许掘进距离：每次探放水钻孔施工完毕

12、后，以最短的钻孔长度（水平投影长度）减去超前保护距离之后所剩余的距离。 据此，超前距取 30m，帮距取 20m。（五）、套管长度选定根据防治水相关规定，煤层探放水的止水套管长度为 10 米。- 7 -因此选取的止水套管长度为 10 米。（六）、单孔（结构）设计开孔采用 42mm 钻杆、 108mm 金刚石钻头钻进，钻进10.1m 后，冲洗钻孔，下入98mm 套管，套管长度 6m，套管外口焊接法兰盘；套管用水泥浆固定，扫出管内水泥后，法兰盘外连接装压力表的短节，短节外接高压闸阀，然后换用不大于 65mm 钻头钻进至终孔。附图：钻孔结构示意图65mm98mm（七）、钻探施工、钻孔定位及开孔：钻孔定

13、位由测量人员按设计要求进行现场标定，钻机固定后按开孔要素开孔。开孔用108mm 钻头钻进，钻进 10.1m 后下入直径98mm 套管。下套管时，先将套管提离孔底 0.3m，用泥浆泵往止水套管内注入水泥砂浆，直至管壁外侧全面返浆，方可 停止注浆，确保管壁与钻孔之间封闭密实。、扫空及耐压试验水泥凝固 48 小时后，用钻头扫孔至 10.1m 处，退出钻具，- 8 -孔口管外安装不低于 2Mpa 的高压闸阀，接通泥浆泵试压，试压压力不低于 1.5MPa，延续时间均不少于 30 分钟。如发现钻场及钻孔周围有渗水、跑水等现象，要停止试压，继续注水泥浆，直 至试压合格、换径后钻进试压合格后，安装阀门、测压表

14、，预计水压大于1.5Mpa 时，必须安装防喷和反压装置。继续使用 42mm 钻杆，改用 64mm金钢石钻头钻进至终孔。钻进时带班人员要定期检查钻孔内的岩粉及沉渣，并要经常冲孔，确保孔底干净，防止发生埋钻、卡钻等孔内事故。技术管理人员要定期到现场进行技术指导和安全检 查，保证钻探施工顺利进行。七、探放水的管理流程1、探放水设计的编制与审批：（1）、巷道开口前由地测防治水科根据“防治水规定”，在施工地点探水前 38 日内负责编制探放水设计，探放水设计编制完成 2 日内由地测防治水副总、总工程师逐级审批后组织实施 并对探水队进行贯彻学习。（2）、根据物探报告和工作面当前的地质资料编制探水设计方案，并

15、由防治水副总、总工程师逐级审批后组织实施并对探水 队进行贯彻学习。2、发放停止掘进通知单地测科及时掌握掘进位置，探放水位置衔接准确，当到达安- 9 -全外围线提前给施工单位发放停止掘进通知单。3、现场位置的标定每次钻探前，由地测科负责对探放水现场位置与角度的标 定。由掘进施工单位负责探水位置的控制。4、施工与监督由地测科负责探放水过程的管理、钻探资料的收集，并填写探放水原始记录。由矿安全部门负责对探放水施工的监督和检 查。5、验收由地测科牵头安全部、通风部等相关部门配合进行验收，并 填写验收单，如验收不合格不得进行生产施工。6、允许掘进的通知探水验收合格后由地测科填写探放水允许掘进通知单，并填

16、写在探放水管理牌上，经有关领导审批签字，然后下发队组允许 掘进组织生产。7、正常掘进与停止掘进的通知由地测防治水科制定正常掘进过程中的探放水技术措施，当接近允许掘进距离时，及时下发停止掘进进行探放水通知单。 八、排水系统在掘进过程中要挖好排水沟和临时水仓，采用 30m /h 潜水泵联合直径 2.5 寸管路排水，排水管路直接接至副斜井井底车场 临时水仓，经过临时水仓中转排至主水仓至地面。- 10 -九、探放水前的准备工作1、钻探施工人员要认真学习贯彻措施，充分了解钻探工作的目的及工作任务，明确自己的职责，学习贯彻措施的人员必须 签字。2、 了解钻探施工地段的水文地质情况。3、 熟悉避灾路线，并保

17、证避灾路线畅通无阻。4、 掌握操作规程及操作顺序，熟练操作技术，严禁违章作 业。5、 钻探工作过程中，要加强责任心，提现团结性，做到统一指挥、统一行动，遇到问题要沉着、冷静、稳妥、机智、果敢。 6、对钻机进行全面检修，保证钻机完好。7、 在组织施工前，要求施工单位将打钻所需的材料及工具， 设备准备到位，不能因为准备工作的原因而影响施工。8、 在运输探水钻钻机等大件设备的过程中，运输人员应轻 拿轻放，避免设备因受力碰撞而受损。9、 钻机及其附属设施及各部件间连接要牢固可靠，并在每 次使用前检查，确保施工的安全。10、 每次开钻前，检查钻杆接头的牢固情况，严防脱钻事故 的发生；钻杆要达到不堵塞、不

18、弯曲、丝口不磨损。11、 保持钻场有足够的安全空间，便于施工。12、 在巷道低洼处非人行侧及时挖好水仓，清理好临时水沟， 确保排水畅通无阻。- 11 -13、 在打钻地点附近安设专用电话及报警装置，并保证随时 与调度室联系。14、 技术人员和探放水人员必须亲临现场，依据设计，确定 主要探水钻孔位置、方位，深度以及钻孔数目。15、 带班矿领导和当班安全员、瓦斯员必须在探放水地点监督安全和随时检查空气成分。如果瓦斯浓度超过 0.8%或其他有害气体浓度超过煤矿安全规程第一百条规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告矿调度室，及时处理。 十、钻探施工技术要求1、钻进时应准确判别煤、岩厚度并

19、记录深度。一般每钻进10m 或更换钻具时，测量一次钻杆并核实孔深。终孔前再复核一 次，如有可能应进行孔斜测量。2、钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等现象时，必须立即停钻，记录其孔深并同时将钻杆固定。并要立即向矿调度室汇报，及时采取措施， 进行处理。3、钻进中发现有害气体喷出时，应立即停止钻进、切断电源，将人员撤到有新鲜风流的地点。立即报告矿调度室，采取措 施，进行处理。4、钻孔内水压过大或喷高压水时，应采用反压和防喷装置的方法钻进，应有防止孔口管和煤（岩）壁突鼓出的措施。背紧工作面，在拦板外设顶柱或木垛，必要时还应在顶、底板坚固地- 12 -点砌筑防水墙，

20、之后方可防水。5、对于水压大于 2Mpa，中间要穿过煤层的探断层水钻孔，在打穿断层或含水层前，还应下第二层孔口管并超过煤层 1m， 以上。6、 在钻探过程中，见到含水层、断层、陷落柱和积水区之 前，应停止钻进，安好水门后再继续钻进。7、 遇高压水顶钻杆时，可用立轴卡瓦和逆止阀门交替控制钻杆，使其慢慢地顶出空口，操作时禁止人员直对钻杆站立。 8、应做到交接班时不停钻。9、探放断层水的探水孔终孔后，孔内有水应进行放水实验。孔内无水时应选择一个孔进行压水实验，检验断层隔水性能，压 力一般应略大于断层承受的静水压力。十一、探放水钻孔孔口的安全装置探放水钻孔安设孔口安全装置。孔口安全装置由孔口管、泄 水

21、测压三通、孔口水门和钻杆逆止阀等。1、选择煤岩层坚硬完整地段开孔，钻进 10.1m 后,将孔内冲洗干净。使用注浆泵将孔口管周围与孔壁间充满水泥浆。待孔口 管周围水泥浆凝固后。2、钻孔 5-8m 后必须对孔口管进耐压试验。实验压力应大于1.5Mpa,并稳定 30min 后，孔口管周围不漏水时，方可钻进。 3、孔口管插入孔内长度为 10.1m。4、节理裂隙发育，岩石松软或破碎，无条件另选放水地点- 13 -时，应注浆加固后，再安设孔口管。5、 探放水过程中要收集放水时的水量、水压等资料时，在 孔口管上安装水压表、水门（阀门）和汇水短管等。6、 在高压水喷出条件下继续钻进时，斜孔应使用孔口防喷逆止阀

22、，倾角 50-90的钻孔可使用“防喷接头”，上下钻可 用“孔口反压装置”。7、探得水压高于 2Mpa、水量大于 60m3/h,需长期保留时， 孔口应使用双水门备用。十二、探放水的技术要求1、钻孔探到水后，要观测水压、水质、水量和估计积水量或补给量。根据矿井排水能力及水仓容量，决定是注浆堵水还是放水。控制放水孔的流量或调整排水能力，并清理水仓、水沟等。2、煤层顶板有含水层和水体存在时，应当观测“三带”发育高度。当导水裂隙带范围内的含水层或老空积水影响安全开采 时，必须超前探放水并建立疏排水系统。3、 加强放水地点的通风，增加有害气体的观测次数。4、 必须监视放水全过程，放水结束后，应立即核算放水

23、量 与预计积水量的误差，查明原因。5、 实施放水前，应将水仓和主水仓存水排完，检查各水泵 的完好情况，发现和隐患及时排除。6、 掘进头临时排水泵处，除司泵工外、电钳工外、还应设置有瓦斯员和安全员两人组成的监护小组，发现涌水大于排水量- 14 -时，及时停电撤人，发出警报，并报告调度室。十三、探放水安全措施：1、在组织施工前，要求施工人员对钻机附近 10 米范围内的巷道支护进行检查，发现巷道支护受损的及时处理并加强支护， 并打好立柱和挡板。2、 钻机要安装牢固，以免改变钻孔方向和角度，造成漏探 现象而达不到探放水的目的。3、 钻机各转动部位要安装安全防护罩，电机要设置合格的 接地线和防水罩，钻工

24、及现场人员要穿绝缘胶鞋等。4、 钻探作业人员要携带化学氧式自救器，当班探放水负责 人要携带便携，并挂于距工作面规定范围内。5、 钻机运输、安装的安全措施（1）、 运输、安装钻机人员，要互相配合好，防止钻机反倒 伤人和挤伤手脚事故发生。（2）、 钻场在稳钻前，应清理浮煤。钻场巷道支护要符合质量要求，禁止有空帮、空顶现象。钻机要稳牢、稳平，底座垫上底木梁，钻机稳固在底木梁上，四角要打好四根立柱，并用铁丝 联在一起。将钻机稳定牢固后，方准开钻。（3）、钻具应统一放在钻场内，禁止在巷道内乱放。 6、钻机操作的安全措施（1）、钻工上岗前，必须经过培训，学习该探放水设计、钻 探操作规程并持证上岗。- 15

25、 -（2）、 钻孔必须严格按设计的方位、角度、深度施工，严禁 私自变更钻孔参数。（3）、 操作钻机人员，要由班组长或有经验的工人担任，另一人跟前监护。钻机操作按钮，应设在距司机工作处不超过 0.5m 的地方，确保能及时停送电。（4）、 每班开钻前，钻机要先试正、反转。钻机开始运转后， 任何人不准触摸钻杆及机器旋转部位，防止钻机绞人。（5）、 操作钻机要严格执行操作规程。在钻进中，掌握好钻进速度，压力要适当，注意孔内水循环，禁止干钻，避免损坏钻 机和发生卡钻事故。（6）、 打钻过程中，要严格执行现场交接班制度。现场交清 孔内情况和钻机运转情况。（7）、 钻孔出水后，要详细观察和记录水情变化。起钻

26、时，工作人员禁止站在钻杆的正后方向。钻杆全部起出后，立即关闭 阀门，并向调度室汇报透水情况。（8）、打钻出水后，若水量较大，威胁到巷道内人员安全时，要通知巷道内所有人员和受威胁的其他人员，一并撤出，并迅速 向调度室汇报。.6、工作面要加强通风，并配一名专职瓦斯检查员，随时检查瓦斯及其他有害气体浓度，瓦斯探头应挂在钻孔附近 5m 处，瓦斯检查员要在探前、探后进行气体测量，若检查到瓦斯或其他有害气体超标时，必须立即停止打钻、切断电源、撤出人员，并- 16 -报矿调度室，待采区措施排除有害气体后方可继续施工。7、钻探工作结束后，要及时整理好钻探资料，并以书面形式通知有关部门及施工单位，业务主管部门必

27、须根据钻孔资料，做好水文地质分析与判断，以指定该探水掘进工作面的掘进安 全。十四、出水预兆及遇险撤人1、工作面出水预兆煤壁挂汗：温度下降，空气变冷，雾气产生；煤层发潮、暗沉沉有害气体增高，呼吸困难，头痛；顶、地压加大，底板鼓起并有渗水、淋水；出现压力水流并有“嘶、嘶”水叫声；巷道挂 红，有异味等出水预兆情况。2、遇险撤人钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大，以及顶钻等异状时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人员应立即向矿调度室报告，并派人监测水情。如果发现情况危急时，必须立即撤井下所有人员，然后采取措施，进行处理。钻探过程中发现有出水预兆时必须立即停止作业，采取措

28、施，发出警报，撤出井下所有人员，并立即汇报调度室；电话： 8000、8050.十五、避灾路线西回风大巷掘进工作面三采区回风巷联络巷主井行 人巷地面- 17 -西回风大巷掘进工作面三采区回风巷三采区联络巷三采区轨道巷联络巷主井行人巷/集中胶带巷地面 附：1、巷道避灾路线示意图2、 探水钻孔断面布置示意图3、 探水钻孔平面布置示意图4、 探水钻孔剖面布置示意图- 18 -目录一、西回风大巷工作面概况 . 11. 地面位置及临近采区开采情况 . 12. 巷道简介 . 13. 施工次序 . 1二、 矿井水文类型概况 . 1三、 西回风大巷及周边水文地质概况 . 2四、 煤（岩）层赋存特征 . 3五、 物探方法 . 3六、 探放水设计 . 4（一）（二）（三）（四）（五）探放水目的 . 4探水线的确定 . 5钻探设备 . 5探放水钻孔的设计参数及设计布置 . 5套管长度选定 . 7（六） 单孔设计 .7（六） 钻探施工 .8七、 探放水的管理流程 . 9八、 排水系统 . 10九、 探放水前的准备工作 . 10十、钻探施工技术要求 . 12十一、探放水钻孔孔口的安全装置 . 13二、 探放水的技术要求 . 14三、 探放水安全措施 . 14三、 出水预兆及遇险撤人 . 16四、 避灾路线 . 17