断层探放水设计

-1-断层探放水及注浆堵水设计断层是煤矿采掘进过程中遇到的主要地质构造，为了有效防范和遏制因断层导水而引发水害事故，消除隐患。严格执行煤矿防治水相关规定。采用瞬变电磁法和钻探相结合的方法对断层构造进行验证，为确保施工的安全，特编制该断层探放水设计。一.主要目的1、查明断层的确切位置、产状要素（落差、走向、倾向、倾角）、断层带宽度（包括内、中、外三带）、断层的导水性与富水性。2、查明断层带充填物和充填程度、胶结物和胶结程度、断层两盘次生裂隙（岩溶）发育情况和含水性。3、查明断层两盘对接煤系地层层位、岩性和富水性，煤层与强含水层的实际间距、有效隔水层厚度。4、查明断层与含水层等水体的交切部位、水力联系、补给关系等。二、断层水探放的原则和方法1、探放断层水的原则凡遇下列情况，必须对断层进行探查：（1）预测采掘工作面前方或附近有断层存在，但断层位置和含（导）水性不清，有可能突水。（2）采掘工作面前方或附近有含（导）水断层存在，但具体位置不清或控制不够严密。（3）井巷工程接近或计划穿过断层，断层浅部不含（导）水，但在深部有可能突水时。（4）根据井巷工程和留设断层防水煤柱等的特殊要求，必须探明断层时。-2-（5）采掘工作面内的断层使煤层与强含水层的距离缩短时。2、探放断层水的方法在预先编制的断层面等高线图，断层两盘主要煤层、含水层对接关系图和探测断层预想剖面图基础上，编制断层探查设计，确定探查起点位置。探断层水的方法与探老空水的方法基本相同，但探水钻孔要少一些，一般为3个，布孔方式略有差异。工作面前方断层的含（导）水性的探查一般先施工巷道前方1号钻孔，尽可能一次揭露断层，然后施工2、3号钻孔，以确定断层的产状要素及两盘的对接关系。3个钻孔揭露断层点的标高不能相同，否则难以确定断层产状。其中，至少1个钻孔打在断层与含水层交面线附近。三、探放水设计1、断层防隔水煤岩柱根据《煤矿防治水规定》（国家煤炭工业局2009）附录三，按“含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设”条件公式计算。采用公式：mKpKMLp2035.0式中：L—煤柱留设的宽度，m；K—安全系数，一般取2~5；M—煤层厚度或采空，m；P—水头压力，MPa；Kp—煤的抗拉强度，MPa。2、物探布设-3-（1）物探工程布置1）探测位置南回风大巷距开口655m处，南运输大巷距开口655m处，南轨道大巷距开口305m处。2）布设情况将发射接受线框平面分别对准巷道顶板、底板及迎头方向进行探测，可以反映巷道顶板、底板和迎头方向煤岩层内部的地质异常，工程布置以扇形方式进行探测。工程布置共三个方向，分别为：顶板方向，线框与顶板成60°角；迎头方向，线框与掘进面平行贴近；底板方向，线框与顶板成45°角。每个方向上布置11个测点，前5个测点位于迎头左帮，发射线框平面分别与迎头平面成90°、60°、45°、30°、0°夹角；第六个测点位于掘进面正中央，射线框平面分别与迎头平面成0°夹角；之后的5个测点布置在巷道右邦，线圈分别与迎头平面成0°、30°、45°、60°、90°角。具体布置详见下图。876594321巷道迎头1011（a）巷道顶板巷道300探测方向发射线框迎头2.5m4.3m（b）巷道顶板巷道探测方向发射线框迎头巷道顶板巷道探测方向发射线框迎头45°45°4.3m4.3m（c）（2）矿井瞬变电磁法注意的问题、干扰及应对办法瞬变电磁技术具有分辨率高的优点，但易受金属体干扰。井下探测时，施工巷道-4-内应清理干净，电缆尽可能断电。发射线圈和接收线圈尽量远离金属体。对于铁轨、皮带架、刮扳机等长条型无法移动的金属物，尽可能使发射线圈和接收线圈与它们保持固定的方位和距离。总之．要尽可能创造有利的探测环境，保障探测效果。受发射电流关断时间的影响，早期测量信号畸变，无法探测到浅层的地质异常体，一般存在20m左右的浅部探测盲区。井下施工时，测量数据容易受到金属物（锚杆、锚索、锚网、采煤机械、变压器、金属支架、排水管道等）的干扰，为此在巷道物探时一定要记录金属物位置，以便在物探数据处理时对干扰数据进行校正或剔除，在过U型钢巷道段时，对瞬变电磁法干扰较大，应详细记录。超前探现场管理要求：1）巷道迎头向后10m左右范围无大型金属机械（综掘机械、扒矸机械、钻机、水泵和堆积其它金属体等），巷道迎头范围至少有2m高度，且通风正常。2）探测期间迎头位置严禁放炮和炮孔内有雷管、炸药。3）探测期间必须对巷道附近进行停电处理，探测时间一小时左右结束。3、钻探布设（1）钻孔布设1）探测位置揭露断层前。2）钻孔布设根据《煤矿安全规程》、《煤矿防治水规定》和实际情况布设探水钻孔。3）探水钻孔其他参数（1）超前距：30.0m。（2）钻头直径：50.0mm、127mm。-5-（2）设备配置钻机型号：ZDY-2000S液压坑道钻机，其技术参数为：工作压力0.5～0.63MPa，最大钻孔深度200米。钻具配备：钻杆100根，Ф50mm的钻进钻头5个，Ф127mm的钻头（取芯钻头）2个。孔口管选择：孔口管选用直径为Φ108mm、长为4m的无缝钢管6节，总长度为24m，壁厚为6mm，每节孔口管依靠梯形螺纹连接。（3）探放水钻孔孔口安全装置探放水钻孔应安设孔口安全装置。孔口安全装置由孔口管、泄水测压三通、孔口阀门和钻杆逆止阀（必要时安装）等组成。1）孔口管安装与固定①安装孔口管前，用Φ127mm的取芯钻孔钻进24m。②下孔口管（Φ108mm），外露300mm。③向孔口管内灌注水泥浆和水玻璃，使孔口管与岩层间注浆材料密实。④待注浆材料凝固后扫孔，扫孔深度为24.5m。⑤对孔口管进行耐压试验，试验稳定压力为10Mpa，30分钟内孔口不漏水，即为合格，否则必须重新注浆。2）由于本区域水压大于1.5Mpa，探放水时，孔口应安设防喷逆止阀。3）注意各部件组装的密封程度，防止高压水造成的漏水射流使构件冲蚀损坏。发现水压和水量很大时，要用两套闸门控水。平时主要开闭外闸门，内闸门留作备用。一旦外闸门失效，可关闭内闸门，更换外闸门。4）在高压水喷出条件下继续钻进时，应使用孔口防喷逆止阀，钻具可使用“防喷接头”。-6-4、探放水前的准备工作（1）在组织施工前，要求探放水队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。（2）在运输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。（3）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。（4）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。（5）在组织施工前，要求掘进队人员对钻机附近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。（6）保持钻场有足够的安全空间，便于施工。（7）按预计流量备好水泵，清理巷道并挂好风筒、电缆、管道等。钻机安装必须平稳牢固，安装好钻机接电时，要严格执行停送电制度。（8）钻机接电完成后，进行钻机的空载试运转，并检查钻头是否完好，钻杆是否满足钻探的需求。（9）在巷道低洼处挖好临时水沟，并要在不影响行人、支护完好处打好临时水仓，并与排水系统连接，确保排水及时、畅通。工作面配备两台潜水泵（一台排水、一台备用）。（10）由信控中心人员在打钻地点附近安设专用电话及报警装置，保证线路的通畅，以便随时能与调度室取得联系。（11）探水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。-7-（12）带班公司领导和当班安检员、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，并报告公司调度室，及时处理。5、探水孔施工技术要求（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挡板；钻窝应避免在断层或松软岩层内。（2）钻进时应准确判别煤、岩层厚度并记录换层深度。一般每钻进10m或更换钻具时，测量一次钻杆并核实孔深。（3）钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或者孔内的水压、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，但不得取出钻杆。要立即向矿调度室汇报（8000或8119），及时采取措施进行处理。（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)壁突然鼓出的措施：（5）钻机的安装注意事项1）所有快换接头必须擦干净后方可按照液压系统进行连接；2）钻机安装必须平稳牢固，安好钻机接电时，要严格执行停送电制度；3）检查各部件装配的完整性和可靠性；4）安装各连接螺栓时，螺栓上应涂少量黄油，各连接螺栓应拧紧。6、通风措施和瓦斯检查制度（1）瓦检员要随时检查钻场内瓦斯及其他有害气体浓度。钻场内有害气体超限时，要停止钻进、切断电源，撤出人员，立即报告矿调度室（电话8000或8119），采取加强通风等有效措施进行处理。-8-（2）坚持正确地使用风电闭锁及瓦斯电闭锁装置。（3）加强对通风设施的管理，局扇必须挂牌指定专人管理，因停电，检修或其他原因停止供风时，工作人员应及时撤离至新鲜风流中。（4）任何人不得将风筒压扁，破坏或随意掐断。对破坏的风筒要及时进行维护和修补。（5）坚持正确的使用瓦斯监控装置，在钻场内设一个瓦斯传感器，并保证其正常使用。（6）瓦斯传感器应垂直悬挂在风筒末端异帮，距巷顶不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200mm。（7）瓦斯监控装置发生故障时，要立即进行修理或更换。通风部负责对传感器定期进行校验，发现误差大于0.05%时，及时进行处理。（8）瓦检员必须现场交接班，并认真准确的记录台账、填写牌板。（9）施工现场必须配备瓦斯便携仪一台，由班组长人负责看管、检测瓦斯浓度，如瓦斯超限立即查明原因进行处理。7、灾害处理措施探水巷道应加强出水征兆的观察，发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现掺水、水色发挥、有臭味等突水预兆时，一旦发现立即停止施工，采取措施，立即报告调度室（8000或8119）。（1）遇到钻孔出水的情况要立即停止钻进，进行检查并由有经验的员工监视钻孔和水情变化。并不能随意移动或拔出钻杆，因为移动钻杆，高压水可能把钻杆顶出来，碰伤人员；拔出钻杆，钻孔即为积水流出的通道，钻孔会越冲越大，造成透水事故。如果水量水压较大，喷射较远，必须马上固定钻杆，对工作面加强支护。（2）一旦出水，当班负责人要马上汇报矿调度室，接到汇报后立即通知受水害威-9-胁地区的工作人员撤到安全地点。若不能保证相邻地区工作人员的安全，可以暂时停止受威胁地区的工作，组织工作人员沿避水灾路线撤离。（3）当班负责人和安检员时刻观察出水量，及时汇报给调度室。（4）根据出水量的大小，利用原有的和新铺设的管路以及设备进行排水工作。8避灾路线根据探水地点编制安全可靠的遇火灾、瓦斯、煤尘、顶板、水灾的避灾路线。其它未尽事宜，严格按照《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》执行。