煤礦井下探放水詳解

井下探放水PAGEPAGE1井下探放水一、探水的目的探水系指采礦過程中用超前勘探方法，查明采掘工作面頂?shù)装?、?cè)幫和前方的含水構(gòu)造（包括陷落柱）、含水層、積水老窯等水體的具體位置、產(chǎn)狀等，其目的是為有效的防止礦井水害的發(fā)生。二、探水的原則采掘工作面必須執(zhí)行“有疑必探，先探后掘”的原則，因而，遇到下列情況之一時(shí)，必須探水。1）接近水淹的井巷、老空、老窯或小窯時(shí)。2）接近含水層、導(dǎo)水?dāng)鄬?、含水裂隙密集帶、溶洞和陷落柱時(shí)，或通過它們之前。3）打開隔離煤柱放水前。4）接近可能與河流、湖泊、水庫、蓄水池、水井等相通的斷層破碎帶或裂隙發(fā)育帶時(shí)。5）接近可能出（突）水的鉆孔時(shí)。6）接近有水或稀泥的灌漿區(qū)時(shí)。7）采動(dòng)影響范圍內(nèi)有承壓含水層或含水構(gòu)造，或煤層與含水層間的隔水巖柱厚度不清，可能突水時(shí)。8）接近水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地段，采掘工作有突（出）水征兆或情況不明時(shí)。9）采掘工程接近其它可能出（突）水地段時(shí)。井下探放水大致分為：1）探放老空水2）探放斷層水3）探放陷落水4）導(dǎo)水鉆孔的探查與處理。5）探放含水層水探放老空水一、探放水工程設(shè)計(jì)內(nèi)容⑴探放水巷道、工作面周圍的水文地質(zhì)條件。如老空積水范圍、積水量、確切的水頭高度（水壓）、正常涌水量，老空與上、下采空區(qū)、相鄰積水區(qū)、地表河流、建筑物及斷層構(gòu)造的關(guān)系等，以及積水區(qū)與其它含水層的水力聯(lián)系程度。⑵探水巷道的開拓方向、施工次序、規(guī)格和支護(hù)形式。⑶探水鉆組數(shù)、個(gè)數(shù)、方向、角度、深度和施工技術(shù)要求及采用的超前距與幫距。⑷探水施工與掘進(jìn)工作的安全規(guī)定。⑸受水威脅地區(qū)信號(hào)聯(lián)系和避災(zāi)路線的確定。⑹通風(fēng)措施和瓦斯檢查制度。⑺防排水設(shè)施，如水泵、管路和水溝等排水系統(tǒng)和能力的具體安排。⑻水情及避災(zāi)聯(lián)系匯報(bào)制度和災(zāi)害處理措施。⑼附老空位置及積水區(qū)與現(xiàn)采區(qū)的關(guān)系圖，探放水孔布置的平面圖、剖面圖等。二、探放老空水的原則探放老空水應(yīng)遵循如下原則。（1）先隔離后探放與地表水有密切水力聯(lián)系的老空水，雨季可能接受大量補(bǔ)充;或老空的涌水量較大，水質(zhì)不好（酸性大）;或?yàn)楸苊忾L期負(fù)擔(dān)排水費(fèi)用，對這種積水區(qū)應(yīng)設(shè)法隔斷或減少其補(bǔ)給水量，然后再進(jìn)行探水;若隔斷水源有困難無法進(jìn)行有效的探放，則應(yīng)留設(shè)煤巖柱與生產(chǎn)區(qū)隔開，待到礦井生產(chǎn)后期再進(jìn)行處理。（2）積極探放當(dāng)老空區(qū)不在河溝或重要建筑物下面，排放老空區(qū)內(nèi)積水不會(huì)過分加重礦井排水負(fù)擔(dān)，且積水區(qū)之下又有大量的煤炭資源，亟待開采時(shí)，這部分積水應(yīng)千方百計(jì)地放出來，以徹底解除水患。（3）先降壓后探放對水量大、水高的積水區(qū)，應(yīng)先從頂、底板巖層打穿層放水孔，把水壓降下來，然后再沿煤層打探放水鉆孔。（4）先堵后探放當(dāng)老空區(qū)與強(qiáng)含水層水或其它大小水源水有聯(lián)系，出水點(diǎn)有很大的補(bǔ)給量時(shí)，一般應(yīng)先堵住出水點(diǎn)，而后再探水放水。三、探放老空水的步驟及方法（一）、探水前應(yīng)注意的事項(xiàng)1、檢查排水系統(tǒng)，準(zhǔn)備好水溝，水倉及排水管路；檢查排水泵及電機(jī)，使之正常運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到設(shè)計(jì)的最大排水能力。2、準(zhǔn)備堵水材料。在探水地點(diǎn)應(yīng)備用一定數(shù)量的坑木、麻袋、木塞、木板、黃泥、棉線、鋸、斧等，以便出水或來壓時(shí)及時(shí)處理。3、檢查瓦斯。瓦斯?jié)舛瘸^安全規(guī)定時(shí)應(yīng)停止工作，加強(qiáng)打鉆地點(diǎn)的通風(fēng)。4、檢查支護(hù)情況。有松動(dòng)或破損的支架要及時(shí)修整或更換，幫頂是否背好，是否有掉矸掉塊發(fā)生，都要一一檢查。5、檢查煤壁。煤壁有松軟或膨脹等現(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)處理，閉緊填實(shí)，必要時(shí)可打上木垛，防止水流沖垮煤壁，造成事故。6、檢查水溝。巷道水溝中的浮煤、碎石等雜物，應(yīng)隨時(shí)清理干凈。若水溝被冒頂或片幫堵塞時(shí)，應(yīng)立即修復(fù)。7、檢查安全退路。即避災(zāi)路線內(nèi)不許有煤炭、木料、煤車等阻塞，要時(shí)刻保證暢通無阻。（二）、探水起點(diǎn)的確定根據(jù)探放水的經(jīng)驗(yàn)，將調(diào)查和勘探（包括物探）獲得的小窯、老空分布資料，經(jīng)過分析劃出三條界線。1、積水線調(diào)查核定積邊界線（即小窯采空區(qū)的范圍），其深部界線應(yīng)根據(jù)小窯或老空的最深下山劃定。并填寫古井或近期采空區(qū)積水調(diào)查表。2、探水線沿積水線外推60~150m的距離劃一條線即為探水線（下山掘進(jìn)時(shí)則為順層的斜距），此數(shù)值大小視積水邊界的可靠程度、水壓大小、煤的堅(jiān)硬程度、頂?shù)装鍘r性及地質(zhì)構(gòu)造等因素來確定。當(dāng)掘進(jìn)巷道至此線時(shí)應(yīng)開始探水。3、警戒線由探水線再外推50~150m（在上山掘進(jìn)時(shí)指傾斜距離）即為警戒線。當(dāng)巷道進(jìn)入此線后，就應(yīng)警惕積水的威脅，注意掘進(jìn)工作面的變化，如發(fā)現(xiàn)有透（突）水征兆應(yīng)提前探水。探水線、警戒線的確定可結(jié)合本礦井的實(shí)際情況確定。（三）老空積水量的估算老空積水可按下式估算：Q積=∑Q采+∑Q巷，m3Q采=K×M×F/cosɑ，m3Q巷=W×L×K，m3式中：Q積相互連通的各積水區(qū)總積水量（m3）；∑Q采有水力聯(lián)系的某些（或某幾個(gè)）煤層采空區(qū)積水量之和（m3）；∑Q巷與采空區(qū)連通的各種巷道積水量之和（m3）；K采空區(qū)或巷道的充水系數(shù)；采空區(qū)一般采用0.25~0.5，巷道充水系數(shù)一般煤巷取0.5~0.8，巖巷取0.8~1.0;M采空區(qū)的平均采高線或煤厚(m);F采空積水區(qū)的水平投影面積(m2);ɑ煤層傾角（°）；W積水巷道原有斷面（m2）；L不同斷面的巷道長度（m）。采空區(qū)充水系數(shù)（K）與采煤方法、回采率、煤層傾角、頂?shù)装鍘r性及其碎脹程度、采后間隔時(shí)間等因素有關(guān)；而巷道充水系數(shù)則根據(jù)煤巷、巖巷和其成巷時(shí)間不同及維修狀況而定。因此，逐塊逐條地選定充水系數(shù)，是積水量預(yù)計(jì)的關(guān)鍵。（四）探放水鉆孔的布置探放水鉆孔的布置應(yīng)以下漏掉“老空”、保證安全生產(chǎn)、探水工作量最小為原則。1、探水鉆孔的超前距、允許掘進(jìn)距離、幫距和密度的確定。（1）超前距：探水時(shí)從探水線開始向前方打鉆探水，一次打透積水的情況較少，常是探水--掘進(jìn)--探水循環(huán)進(jìn)行；而探水鉆孔的終孔位置應(yīng)始終保持超前工作面一段的安全距離，這段距離簡稱“超前距”。（2）允許掘進(jìn)距離：經(jīng)探水后，證實(shí)無水害威脅，可以安全掘進(jìn)的長度稱為允許掘進(jìn)距離。（3）幫距為使巷道兩幫與可能存在的老空積水間保持一定的安全距離，即扇形布置的最外側(cè)探水孔所控制的范圍與巷道幫的距離。其值應(yīng)與超前距相同，可用下式計(jì)算。2．探水鉆孔布置方式（1）一般傾斜煤層平巷和上山巷道探水鉆孔的布置方式呈扇形、數(shù)量和夾角大小可根據(jù)具體情況定。（2）在水壓高、水量大或煤層松軟、節(jié)理裂隙發(fā)育的情況下，煤層中打鉆不安全，應(yīng)采用隔離式探水。（3）探放水應(yīng)采用深孔、中深孔和淺孔相結(jié)合的方式。深孔：每次探放水應(yīng)打3個(gè)深孔（中眼和兩個(gè)外斜眼），為提前探到積水（深孔放水較安全），只要不脫離煤層應(yīng)盡量打深，由于外斜眼深度大，控制的幫距也大，使繼續(xù)探水掘進(jìn)時(shí)安全。中深孔：每次探水在3個(gè)深孔之間或外斜眼外側(cè)布置一些中深孔，孔深能滿足超前距、幫距和孔間距的要求即可。淺孔：薄煤層探水，由于傾角的變化或打深孔，鉆孔先穿過煤層頂、底板巖層、然后再沿煤層鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)布置淺孔，把沿巖層鉆進(jìn)的范圍補(bǔ)充探明。其鉆孔深度根據(jù)需要確定。對于厚煤層、急傾斜煤層探放水鉆孔的布置應(yīng)根據(jù)前人開采情況，不僅平面上布成扇面形，而且剖面上也應(yīng)為扇面形，以防漏掉老空巷道。3、孔口安全裝置的布設(shè)一般的探放水孔必須使用孔口安全裝置。它由孔口套管、泄水測壓三通、孔口閘閥孔和鉆孔桿逆止閥（必要時(shí)安裝）等組成。其施工和安裝程序如下：（1）開孔層位：選擇巖層堅(jiān)硬完整地段開孔，孔徑應(yīng)比孔口管直徑大1～2級，鉆至預(yù)定深度（視水位高低和煤巖層強(qiáng)度而定）后，將孔內(nèi)沖洗干凈。（2）孔口套管的安裝：向孔內(nèi)注入水泥漿，將預(yù)先準(zhǔn)備好的孔口管（末端應(yīng)塞以木塞）放入孔內(nèi)，待水泥凝結(jié)后，即可在孔口管內(nèi)鉆進(jìn)；另一個(gè)方法是將孔口管插入孔內(nèi)后，在孔口部分用摻水玻璃的水泥漿將孔口管固定封死，在孔口管的上方另留1～2個(gè)小管（或水針），而后從孔口管內(nèi)向四周壓入水泥漿，待從小管跑出濃水泥漿時(shí)即將小管封死，繼續(xù)向孔口管內(nèi)壓入水泥漿，至一定壓力后停止注漿，關(guān)閉孔口管閘閥，待水泥漿凝固。（3）水泥漿固結(jié)后掃孔、試壓：水泥凝固24—48小時(shí)后掃孔，其深度超過孔口管長度0.5～1m后，向孔內(nèi)壓水。試驗(yàn)壓力大于孔口管末端承壓靜水壓力的1.2倍或水壓值超過預(yù)計(jì)放水時(shí)的水壓時(shí)，孔口管周圍沒有漏水現(xiàn)象，說明合乎要求，否則需重新注漿加固。（4）如探放強(qiáng)含水層或需要收集放水時(shí)的水量與水壓資料，保證放水安全時(shí)，還應(yīng)在孔口管上安裝水壓表、水門、三通和泄水短管等完整的探放水孔孔口安全裝置。（5）探水孔孔口管埋入孔內(nèi)長度，一般可參照表三的經(jīng)驗(yàn)值。4．放水孔孔徑及孔數(shù)的確定1）鉆孔孔徑放水孔孔徑應(yīng)根據(jù)煤層的堅(jiān)硬程度，放水孔深度等因素確定。如煤層堅(jiān)硬系數(shù)較大，鉆孔較深，可選用稍大一點(diǎn)的孔徑；反之，則選較小孔徑。在生產(chǎn)中常用42mm、54mm、64mm等孔徑，一般不超過74mm，以免流速過高，沖垮煤柱。2）鉆孔孔數(shù)的確定須按以下計(jì)算步驟進(jìn)行：（1）用下式計(jì)算單孔出水量q=60C×ω√2gH，m3/min式中：C流量系數(shù)，其值與孔壁的粗糙度，孔徑大小，鉆孔深度等因素有關(guān)，可由實(shí)驗(yàn)得出，無資料時(shí)可用0.6～0.7；ω鉆孔斷面積（m2）；g重力加速度（9.81m/s2）；H鉆孔出口處水頭高度（m），隨著積水的放出，其水頭高度將逐漸降低，為簡便計(jì)算鉆孔平均放水量，可用鉆孔出口處最大高度的40%～50%。2）用下式計(jì)算平均放水量Qcd=W/t+Q動(dòng)，m3/min式中：Qcd平均放水量（m3/min）W儲(chǔ)存量或老空區(qū)的總積水量（m3）；t計(jì)劃放水期限（min）；Q動(dòng)補(bǔ)給量（m3/min）。（3）用下式計(jì)算放水鉆孔個(gè)數(shù)N=Ocd/q+k式中：N－－－放水鉆孔數(shù)Q－－單孔出水量K備用孔個(gè)數(shù)，一般取1～2。（五）探水與掘進(jìn)配合受水威脅或預(yù)測有突水危險(xiǎn)的地段，必須與掘進(jìn)施工管理相配合，才能取得良好的防水效果。1、上山探水因積水區(qū)在上方，上山巷道三面受水威脅，一般應(yīng)雙巷掘進(jìn)。其中一條適當(dāng)超前探水，泄水，另一條隨后，用來安全撤人。雙巷之間每隔30～50m掘一聯(lián)系巷，并設(shè)擋水半墻，以便在其中的一條上山出水時(shí)，水不會(huì)竄到另一條上山中去。2、傾斜煤層平巷探水在傾斜煤層平巷掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)采用雙巷掘進(jìn)，單巷超前探水，鉆孔布置成扇形。兩巷之間每隔30～50m掘一聯(lián)系巷，上方巷道探水，下方巷道為泄水巷。3、平巷和開切眼互相配合探水在煤層內(nèi)，準(zhǔn)備回采工作面時(shí)，平巷（上風(fēng)道）應(yīng)先探水掘進(jìn)到位，然后再施工開切眼。這樣既減少開切眼掘進(jìn)的危險(xiǎn)性，又減少開切眼掘進(jìn)時(shí)的探水工作量。4、上山與下山互相配合探水下山巷道掘進(jìn)，除防止工作面和兩幫來水外，還應(yīng)特別注意背后來水。當(dāng)上山巷道水害未消除或正在探水時(shí)，下山巷道應(yīng)停止工作，待水害威脅消除后再掘進(jìn)。四、探放老空水的安全措施（一）探水巷道掘進(jìn)的安全措施1、探水的上、下山及平巷，中間不得有低洼積水段。2、探水巷道必須在探水鉆孔有效控制范圍內(nèi)掘進(jìn)，探水孔的超前距、幫距及孔間距必須符合設(shè)計(jì)要求。每次探水后、掘進(jìn)前，應(yīng)在起點(diǎn)處設(shè)置標(biāo)志，以便下一次探水。3、巷道支護(hù)必須牢固，頂、幫背實(shí)，無高吊棚腳，傾斜巷有撐桿，保證巷道有較強(qiáng)的抗水流沖擊能力。4、按預(yù)計(jì)鉆孔出水量修建水溝，并將水溝內(nèi)的沉渣等障礙物清理干凈。巷道通風(fēng)必須良好。建立與放水量相適應(yīng)的排水系統(tǒng)5、巷道與積水區(qū)間距小于探水規(guī)定的超前距，或有突水征兆時(shí)，應(yīng)將掘進(jìn)頭正前和兩幫支架加固，剎緊背嚴(yán)，以防冒頂出水，另選定安全地點(diǎn)探水。6、厚煤層的上山探水巷，必須沿底板掘進(jìn)，巷道內(nèi)不能有浮煤。7、探水巷道須加強(qiáng)出水征兆的觀察，一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停掘處理。情況緊急時(shí)必須立即發(fā)出警報(bào)，撤出受水威脅地點(diǎn)的全部人員。8、嚴(yán)格執(zhí)行“三不放（炮）”制度：①掘進(jìn)工作面或炮眼有突水征兆時(shí)；②探水孔超前距離不夠時(shí)；③掘進(jìn)工作面支架不牢固或空頂距離超過規(guī)定時(shí)。9、必須在現(xiàn)場交接班，交接允許掘進(jìn)剩余長度和巷道中線與允許前進(jìn)方位關(guān)系等問題。（二）鉆探的安全措施1、檢查安鉆場地的巷道支護(hù)和通風(fēng)情況，安全情況好，方可安裝鉆機(jī)。2、注意檢查觀測周圍有無出水征兆，如發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)距積水地點(diǎn)很近、探水不安全時(shí)，應(yīng)在采取加固措施后，另找安全地點(diǎn)探水。3、鉆機(jī)安裝必須平穩(wěn)牢固；打好抵柱、壓柱。安好鉆機(jī)接電時(shí)，要嚴(yán)格執(zhí)行停送電制度，電纜吊掛要整齊。4、嚴(yán)格按設(shè)計(jì)標(biāo)定鉆孔方位、傾角，由測量人員標(biāo)定放線。每班開鉆前先檢查立柱、孔口安全裝置、周圍支護(hù)和報(bào)警信號(hào)，如有問題，先處理后開鉆。5、放水地點(diǎn)必須專用電話。6、鉆進(jìn)時(shí)要注意判別煤、巖層厚度變化并記錄換層深度。一般每鉆進(jìn)10m或更換鉆具時(shí)，要丈量一次鉆桿并核實(shí)孔深。終孔前再復(fù)核一次，以防孔深差錯(cuò)造成水害事故。7、加強(qiáng)打鉆地點(diǎn)的通風(fēng)。鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)有害或有毒氣噴出時(shí)，應(yīng)用黃泥、木塞（預(yù)選備好）封堵孔口。如無法處理，應(yīng)立即停止工作，切斷電源，將人員撤到新鮮風(fēng)流地點(diǎn)。8、鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)顯著變軟或沿鉆桿流水