山西省井下老空水探放技术要求

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）。积水线（采空边界）探水线警戒线+430m+440m+450m+460m+470m+480m+490m+500m123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，必须有探放水工作总结。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、施工次序、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制度、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asinKMhW或cosKMFW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）。孔间距安全外围线(应小于老空宽度)外斜眼中眼帮距探水终孔位置超前距允许掘进距离图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=0.5AL3ppk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，针对性的进行钻孔方案设计，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—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4图31-13-2安全外围线安全外围线允许掘进距离超前距242113353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。321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。321图31-13-345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。12435—13—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4图31-13-2安全外围线安全外围线允许掘进距离超前距242113353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32143214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3214567832174568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。32145—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石门积水图31-14-1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，在墙外进行探放水图31-14-2水泥浆隔水墙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图31-14-3老空积水巷道水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，