井下探放水技术工艺

井下探放水技术工艺地质测量部学习要点：掌握矿井水中各类充水水源的探放方法掌握井下探放水设备、仪器与仪表知识采掘工作面水害的预测预报井下探放水的相关规定井下探放水设计探放老空水探放断层水探放陷落柱水探放含水层水井下探放水设备、仪器与仪表导水钻孔的探查与处理井下探放水设计采掘工作面探水前，必须编制探放水设计，确定探水警戒线，并采取防止瓦斯和其他有害气体危害等安全措施。探放水设计由地测部门技术人员提出，煤矿地测副总工程师审定，严格按设计进行探放水。一、探放水设计的内容分析水文地质情况，确定积水线、探水线和警戒线根据水害性质设计开拓方案及防治水方案设计探水孔的钻探施工方案探放水钻孔孔数的确定（一）分析水文地质情况，确定积水线、探水线和警戒线探放水采掘工作面和周围的水文地质条件，如：老空积水范围、积水量、水头高度、正常涌水量，老空与上、下采空区、相邻积水区、地表河流、建筑物及断层构造的关系等，以及积水区与其它含水层的水力联系程度。封闭不良钻孔情况含水断层分析煤层底板含水层情况分析（一）分析水文地质情况，确定积水线、探水线和警戒线矿井要建立水害预测预报制度，要有年报、季报、月报，重点水害要及时发出水害预报通知书。一、每年（季）在安排采掘接替的同时，结合矿井水文地质条件和采掘方式，全面分析水害因素及隐患，提供年（季）水害分析预测预报图表，矿总工程师组织审批。二、要坚持“周分析，月预报”及紧急水情及时通报的工作制度。周分析要有记录，月预报要逐头逐面进行水害分析，提出预报图、表，经矿总工程师审批后，发送有关单位。三、水害预报要做到定时、定性、定量、定位。处理措施符合规定。四、年（季）度水害预测图，在矿井充水性图或采掘工程平面图的基础上编制。月度水害预测图，在采区或工作面图基础上编制，水害预测报表和水害通知单，按《煤矿防治水规定》统一图例绘制。（二）根据水害性质设计开拓方案及防治水方案探水区的开拓方案巷道的开拓方向、施工次序、规格和支护形式排水线路、排水沟设计临时排水设施水闸门及水闸墙设置计算允许放水量人员避灾路线及有害气体预防措施等（三）设计探水钻孔的钻探施工方案探水钻孔的位置、超前距、允许掘进距离、帮距和密度的确定。探水钻孔的布置方式、钻孔孔数的确定允许掘进距离超前距外斜眼外斜眼中眼帮距探水终孔位置小于老洞宽度超前距。探水时从探水线开始向前方打钻孔，在超前探水时一次打透积水的情况少见，常是探水—掘进—再探水—再掘进，循环进行。而探水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面一段距离，该距离称超前距。如上图所示。超前距a可用下式计算a=0.5AL(3p/Kp)1/2实际应用中可参考探放水超前据经验数据表。注：煤层的硬度国内多数按普氏硬度算，按煤的抗压强度/10得出的数值，比如抗压强度是45MPa，普氏系数f=4.5允许掘进距离。经探水证实无水害威胁，可以安全掘进的长度称允许掘进距离。探放水超前经验数据表水头高度(m)煤厚软煤超前距f＜1.0硬煤超前距f＞1.0＜50薄1210中1815厚201850～100薄1512中2018厚2523100～150薄1815中2320厚2825150～200薄2018中2520厚3028帮距。帮距是指使巷道两帮与可能存在的老窑积水之间保持一定的安全距离，即呈扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离。其值应与超前距相同，超前距一般采用20m，有时帮距可比超前距小1—2m。在薄煤层中可缩短，但不得小于8m。钻孔密度（孔间距）。它指允许掘进距离终点横向、纵向剖面上探水钻孔之间的间距，一般要求横向上不得超过3m、纵向不超过1.5m，避免漏掉采空区、老窑和已经报废的井巷。（四）单孔出水量及放水量计算单孔出水量qq=c×ω×√2gH得：q：钻孔涌水量(m3/s)c：流量系数，取0.6ω：钻孔断面积m2g：重力加速度(9.8m/s2)H：钻孔出水口的水头高度，考虑钻孔出水时水头高度不断变小，属非稳定流状态，可取探放水最大水头高度的40～45%计算平均涌水量（四）单孔出水量及放水量计算最大应放水量QmaxQmax=Q静/t+Q动Q静=K×M×L×H／sinα或Q静=K×M×S/cosαQ静：老空积水量m3M：采厚mL：老空积水区走向长度mH：老空积水区宽度或水头高度mS：老空积水区面积m2α：煤层倾角K：老空充水系数，一般取0.3～0.5(五)探放水钻孔结构钻孔结构是指钻孔的技术刻面，表明钻孔的总深度和不同直径的分段深度；钻孔的各分段直径和套管直径，钻孔的加固孔壁方法。钻孔直径、钻孔深度、钻孔方向是组成钻孔的三要素。它是根据钻探的目的，施钻地点的地质、地形等条件而定。正确设计钻孔结构是钻孔顺利施工、满足地质要求的重要环节。它关系着提高钻进效率、确保取芯规格、预防事故发生，达到预计钻进深度和降低钻探成本等一系列经济技术指标的完成。（五）探放水钻孔孔径的规定探放水钻孔终孔孔径规定除兼作疏水或堵水的钻孔外孔径一般不得大于75mm，主要是从探放水现场的围岩稳定性方面考虑的。这样，探放水钻孔的开孔孔径也能得到控制，终孔对围岩的破坏性小，即使遇到不可预测的高压水及其他危险情况，也能够得到有效控制。井下现场空间有限，施工不便，为了提高效率和降低成本，在对井下钻孔设计时要考虑一孔多用，如探查构造、煤层的钻孔或兼作堵水、疏水之用等。探放水钻孔结构示意图1：高压闸阀2：法兰盘3：橡胶垫4：螺栓5：巷道底板6：水泥7：套管8：孔壁654321278（五）探放水钻孔孔径的规定井下各类灰岩水文孔结构规定：井下施工的各类灰岩水文孔，钻孔结构视钻孔用途、孔深及水量大小等因素确定，原则上开孔直径不小于Ф130mm，终孔直径不小于Ф75mm。煤层中施工的灰岩长观孔，采用三层套管结构，护壁管Ф146mm，长度不小于2m，孔口管Ф127mm，长度视灰岩水压大小确定，一般不小于15m，止水套管Ф108mm，下至第一层灰岩上2m。底板加固钻孔两层套管结构，护壁管Ф127mm，长度不小于2m，孔口管Ф108mm，长度不小于8m。（六）探放水有关规定（一）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。（二）探放断裂构造水和岩溶水时，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。（三）煤层内，原则上禁止探放水头压力高于1MPa的充水断层水、含水层水及陷落柱水等。如果确实需要的，可以先建筑防水闸墙，并由闸墙外向内探放水。（四）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—50m掘1个联络巷，并设挡水墙。（五）井下探放水应当使用专用的探放水钻机。严禁使用煤电钻探放水。探放水必须使用专用钻机的原因矿井探放水工作存在高承压水突出的危险，必须保证在一定的安全距离才能实施探放。矿井专用探放水钻机具有钻探深度大且可固定具有防喷性能；而煤电钻钻探距离有限，一般只能用于在煤层中探查煤的厚度等，起不到预先探放水的作用。因此，矿井探放水必须用专用探放水钻机，严禁使用煤电钻探放水。在煤层内用煤电钻探放水，可能导致包括探放水作业人员在内的大量人员伤亡。如2008年7月21日广西那读煤矿透水事故即为典型的违规使用煤电钻探放老空水透水事故案例：2008年7月21日，广西百色市右江矿务局那读煤矿发生老空透水事故，死亡36人。该矿为国有地方煤矿，2007年核定生产能力19万t，矿井周边废弃小煤窑积水情况不清。该矿在4304工作面（靠近废弃小煤矿附近）违规开掘3个切眼，违规用煤电钻探放老空水，前两个切眼均因掘进时有透水征兆而停止施工，随后又在距第一个切眼30m处重开切眼，在发现透水征兆的情况下，仍在相对较低的4301采煤工作面组织生产；事故发生前，在没有认真分析透水量变化的情况下，盲目通知已经撤到安全地点的作业人员，重新返回作业地点恢复生产，导致发生特别重大透水事故。事故直接原因：违反防治水规定用煤电钻代替专用探水钻进行探水。按照该矿探放水设计及安全技术措施的规定，每次探水钻进30m，允许巷道掘进10m，但透水发生地实际探水钻进只有约7m，致使4304工作面第三切眼的掘进头距离老空积水区边界仅为3.9m．诱发了从小股流水冲刷逐渐扩展到大面积煤柱突然垮塌，造成临近小煤矿采空区积水溃入井下，导致了事故的发生。（七）探放水安全技术措施1.探放水钻探现场的规定。探放水现场作业直接关系到探放水人员的安全，关系到探放水周围地区甚至整个矿井的安危，对钻探施工现场的安全环境和安全设施的严格要求非常重要。加强钻场附近的巷道支护，并在工作面打好坚固的立柱和拦板，可以防止冒顶、防高压水冲垮煤壁及支架等事故发生。为满足探放水钻孔出水畅通和施工人员安全撤离，必须清理巷道，挖好排水沟，在适当位置配备与探放水量相适应的完好的排水设备。（七）探放水安全技术措施2.在打钻地点或附近安设专用电话，可以在遇到紧急险情时及时与有关领导和部门取得联系，汇报情况，以便及时采取有效措施。3.为杜绝随意性，保证探放水钻孔准确打到靶位，确保钻孔标定准确，在确定主要探放水钻孔位置、方位、倾角、深度以及钻孔数目时，测量以及负责探放水的技术人员必须亲临现场，根据已批准的设计给予确定，未经批准，不得擅自改变设计。4.在水文地质条件复杂和水头压力、水量大的情况下，按照探放水规定要求，安装孔口止水套管和控制闸阀进行钻进。（七）探放水安全技术措施4.探放水钻孔止水套管的安装和固结。为确保探放水钻孔出水后能有效控制放水量，确保安全，在预计水压大于0.1MPa的地点探放水时，都应预先安装孔口止水套管。为确保止水套管的牢固可靠，开孔位置应选择在岩层比较完整、坚硬的地方，止水套管的长度按防治水规定第九十八条执行。目前一般采用的是双层套管，考虑钻孔出水会影响套管的下放，因此外层套管长度一般较短，尽可能下在无水段。止水套管要用高压注浆泵进行水泥固结，使套管和岩体成为一体，套管下放凝固至规定的时间后，进行扫孔，然后进行压水耐压试验，试验的压力达到设计静水压力的1.5～2倍，稳压时间必须至少保持半小时，孔口周围不漏水，孔口管牢固不活动，即为合格；否则必须重新注浆。这样才能保证孔口管在钻孔出水后不被冲出。孔口管下好后要安装好控制闸阀，这样才能在钻孔一旦出水后能有效地控制水量，防止因排水能力不足且放水孔又不能有效控制而影响矿井安全。孔口止水套管的固结方法1.下套管技术要求⑴下套管前须详细检查套管、接头质量和丝扣，不合格者不准使用。事先配好长度并详细记录在班报表内，准备好下套管所用的用具，如麻棉线、丝扣油、套管夹板和卡瓦等。⑵下套管前一定要校正孔深，彻底冲洗干净孔内岩粉，按要求长度把套管下至预定深度。⑶各段套管之间的丝扣必须抹上铅油或缠上棉纱。⑷套管丝扣要拧紧，防止脱扣或漏水。夹板一定要拧紧，防止套管滑脱，掉入孔内。⑸若钻孔偏斜，要在套管外壁四周焊结小段园钢，防止套管紧靠孔壁一侧，造成注浆止水效果不理想。⑹下套管遇阻时，禁止猛礅套管。在套管区段内，提升钻具要稳，减少对套管的撞击，防止提钻时带出套管。为控制钻孔出水，要求放水钻孔∮127孔口护壁管和∮108套管孔口各焊接法兰盘一个，两法兰盘间加密封垫用螺栓紧密连接在一起。其他钻孔的∮108套管孔口焊结法兰盘一个（法兰盘规格统一为外径∮250mm，眼中距200mm∮，螺栓眼∮20mm×8）。孔口止水套管的固结方法2.注浆固管要求⑴注浆前首先彻底清理巷道底板浮矸，露出实底；⑵用425#优质水泥机械注浆固管，浆液浓度不低于0.7:1，返浆后顺时针转动套管１～２周，使水泥浆液均匀充满套管四周间隙，孔口大量出浆后方可停止注浆；⑶水泥析水沉淀后，上部套管壁与孔壁及管壁与管壁之间均要人工灌注或管壁注浆，确保上部管壁间的环状间隙充满水泥，防止套管松动。⑷注浆后凝固48小时才能扫孔，扫孔至预定深度下