煤矿探放水设计

1、山西介休大佛寺南窑头煤业有限西回风大巷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. 巷道简介西回风大巷总长750m，开口

2、位置在三采区回风巷L32测点前8m处，以方位角249°15开口沿9#煤层顶板掘进，矩形断面，净宽4m,净高3m,净断面12近。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1&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，最大涌水量会增加为2&00m3/h。到目前为止没有

3、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D4650x5多级离心水泵，电机功率55kw，电压660v，单台额定流量46m3/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

4、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巷布置在9#煤层中，9#煤层位于太原组下段顶部，K

5、21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1.357.65m,平均3.66m，泥岩厚度0.50-3.90m,平均2.22m，泥岩抗压11.9Mpa，抗拉强度为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

6、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

7、）。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儼可以判断地下地质体的电性、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

8、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60mo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：15kw,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

9、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#、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

10、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

11、，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=0.5AL專=25.004Kp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。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42

12、mm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-17-压力表ilSi<65mm75耐98mm01O8nini菠量表（七）、钻探施工攵水钻孔单孔 、钻孔定位及开孔：钻孔定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，

13、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，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l5MPa，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，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

14、，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

15、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，

16、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。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

17、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。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、万位，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

18、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

19、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、底板坚固地点砌筑防水墙，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Im,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。

20、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时，应注浆加固后，再安设孔口管。5、探放水过程中要

21、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，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

22、，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

23、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

24、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。(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