井下探放水技术规定

附件一 井下探放老空水技术要求 1.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.老空水“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）。 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：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：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：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.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。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、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、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.探放老空水的内容和要求 4.1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。 4.2老空水积水量估算 或                 式中：W—老空积水量，m3； 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，m2； 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。 4.3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）。   图2 探水钻孔的超前距、帮距和允许掘进距离示意图 —8— 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： a=0.5AL                         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— 探水钻孔的布置方式、数量和夹角大小可参见表1。 ①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：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：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。 ②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：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：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— ③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— —13— 表1  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 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。   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。 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。 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 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 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 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。             —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2 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 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 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 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。 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。 图4 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。 图5  探放高压水的孔口安全装置示意图（水压大于1.0MPa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。 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：①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；②逆止阀固定盘与挡板用固定螺钉连接；③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；④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；⑤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： q=3600C·ω                         式中：q—单孔出水量，m3/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，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： —平均放水量，m3/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，m3/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— 图7  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）。 图8 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— 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）。 图10  上山和下山互相配合探水示意图 4.5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。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.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—