1、,井下探放水技术工艺,山东鲁能菏泽煤电安培中心 王运福,上,矿井水害是仅次于瓦斯的煤矿第二大灾害。探放水是煤矿防止水灾事故的重要环节，因此，进行探放水地质研究，降低矿井水害对实现煤矿安全生产，有着重要的现实意义。,3,王家岭透水事故分析,4,事故案例,时间：2010年3月28日14时30分许 事故单位：华晋焦煤有限责任公司王家岭煤矿 地点：山西省乡宁县和河津市境内 人员：事故发生时井下261人作业，108人升井， 153人被困，其中115人获救，38人遇难。 透水水源：老空水,5,原因：没有严格执行煤矿防治水规定，水文地质情况未查清，没有严格执行“先探后掘、有疑必探”的规定，劳动组织管理混乱，安全培训不到位。为了赶工期、赶进度，当班安排14个掘进队同时作业，作业人员过度集中，且领导干部带班制度不落实；施工安全措施不落实；隐患排查治理不力，特别是2010年3月份以来该工作面回风巷多次发现巷道积水，但一直未能采取有效措施消除隐患。所有这些，都暴露出该企业安全生产责任不落实、安全管理不严格、隐患排查治理不认真等突出问题。这是一起明显的责任事故，是一起不该发生的、完全可以避免的事故。 事故搜救
2、耗资超过1亿元。,6,井下探放水技术工艺,本章培训与考核要点： 掌握矿井水中各类水源的探放方法 掌握井下探放水设备、仪器与仪表知识,7,第一节 井下探放水的相关规定,探放水包括探水和放水两个方面。探水是指采矿过程中用超前勘探方法，查明采掘工作面顶底板、侧帮和前方等水体的具体空间位置和状况等，其目的是为了有效地防治矿井水做好必要的准备。放水是指为了预防水害事故，在探明水的情况后采取钻孔等安全方法将水体放出。,8,煤矿安全规程对井下探放水做了如下规定：,（1）矿井必须作好水害分析预报和充水条件分析，坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采的防治水原则。 （2）采掘工作面遇到下列情况之一时，必须确定探水线进行探水： （一）接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。 （二）接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。 （三）打开隔离煤柱放水时。,9,（四）接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通 的断层破碎带时。 （五）接近有出水可能的钻孔时。 （六）接近有水的灌浆区时。 （七）接近其他可能出水地区时。 （3）煤系底部有强承压含水层并有突水危险的工作面， 在开采前，必须编制探放水设计，
3、明确安全措施。,10,（4）安装钻机探水前，必须遵守下列规定： （一）加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板。 （二）清理巷道，挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时，必须配备与探放水量相适应的排水设备。 （三）在打钻地点或附近安设专用电话。 （四）测量人员和防探水人员必须亲临现场，依据设计，确定主要探水孔的位置、方位、角度、深度以及钻孔数目。,11,（5）预计水压较大的地区，探水钻进之前，必须先安好孔口管和控制闸阀，进行耐压试验，达到设计承受的水压后，方准继续钻进。 （6）钻孔内水压过大时，应采用反压和有防喷装置的方法钻进，并有防止孔口管和煤（岩）壁突然鼓出的措施。 （7）钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异状时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人员应立即向矿调度室报告，并派人监测水情。如果发现情况危急时，必须立即撤出所有受水威胁地区的人员，然后采取措施，进行处理。,12,（8）探放老空水前，首先要分析查明老空水体的空间位置、积水量和水压。老空积水区高于探放水点位置时，只准用钻机探放水。探放水孔必须打中老空水体，并要监视
4、放水全过程，核对放水量，直到老空水放完为止。 钻孔接近老空，预计可能有瓦斯或其他有害气体涌出时，必须有瓦斯检查工或矿山救护队员在现场值班，检查空气成分。如果瓦斯或其他有害气体浓度超过本规程规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告矿调度室，及时处理。,13,（9）钻孔放水前，必须估计积水量，根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水流量；放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量、水压，做好记录。若水量突然变化，必须及时处理，并立即报告矿调度室。 （10）排除井筒和下山的积水以及恢复被淹井巷前，必须有矿山救护队检查水面上的空气成分，发现有害气体，必须及时处理。 排水过程中，如有被水封住的有害气体突然涌出的可能，必须制定安全措施。,14,第二节 井下探放水设计,采掘工作面探水前，必须编制探水设计，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提出，煤矿总工程师审定，严格按设计进行探放水。,15,一、分析水文地质情况，确定积水线、探水线和警戒线,井下探放水的设计应包含以下内容。 1、水文地质分析内容 （1）老窑、老空积水分析内容。包括：老窑名称、编号
5、、地理位 置、经纬距、标高、开采时间、层别、采出煤量、停采原因、相邻式窑关系、老空水距地表深度及积水范围内的积水量、经常涌 水量和水头高度等。 （2）老采空区积水分析内容。包括：积水巷道名称、标高、层别 、积水量和经常涌水量和水头等。,16,（3）未封或虚封导水钻孔分析内容。包括：孔号、孔深、孔径、地表位置、经纬距及标高与各煤层新旧采区的关系、含水层情况等。 （4）含水断层分析内容。包括：实际巷道所见的断层走向倾向、倾角、落差、破碎带宽度、破碎带交结情况、以往的出水特点、涌水量、水压或水位标高等。 （5）煤层底板的含水层。包括：含水层名称、岩柱、厚度、水位水量及其与采煤层的间距等。,17,2、确定积水线、探水线和警戒线 根据水源分析情况，在采掘“工程平面图”上按水源的范围确定积水线，在积水线的基础上平等外推60150米而划定探水线，警戒线是在探水线的基础上平等外推50150米而划定。,18,二、根据水害的性质设计开拓方案及防水方案,（1）探水区的开拓方案 （2）巷道布置及施工顺序 （3）巷道断面及支护形式 （4）排水沟设计 （5）排水线路设计 （6）设置临时排水设施 （7）水闸门及水闸
6、墙的设置 （8）计算允许放水量 （9）人员避灾路线及预防有害气体的措施等。,19,三、设计探水孔的设计方案,1、每次探水孔的位置由探水的深度、探水超前距离和巷道允许掘进的距离而定。 2、探水钻孔的超前距离、巷道允许掘进距离、帮距和密度的确定。 （1）超前距。探水时从探水线开始向前方打钻探水、一次打透积水的情况较少，常是探水掘进探水循环进行，而探水钻孔的终孔位置应始终保持超前工作面一段的安全距离，这段距离简称超前距。,20,（2）允许掘进距离。经探水后，证实无滴水穿石威胁，可以安全掘进的长度称为允许掘进距离。 （3）帮距。为使巷道两帮与可能存在的老空积水间保持一定的安全距离，即扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离。其值应与超前距离相同，可用下式计算。 a=0.5AL3KP式中 a超前距，米 A安全系数（一般取25） L巷道的跨度（宽或高取其大值），米 水头压力，Mpa KP煤的抗张强度，MPa,21,探水超前距离经验数据表,22,超前距、帮距除用上式计算外，也可参照下表有关经验值确定，关于煤层的KP值，各矿区针对煤层的不同厚度和硬度进行试验测定。 （4）钻孔密度（孔间距）。允
7、许掘进距离的终点横剖面上探水钻孔之间的间距，一般不得超过3米，以防漏掉老空巷。 3、探水钻孔布置方式 （1）倾斜煤层平巷和上山巷道探水钻孔布置方式、钻孔数量和夹角大小见下表 （2）在高水压、水量大或煤层松软、节理发育的情况下，应采用隔离式探水（书138页）,23,24,四、探放水钻孔孔数的确定,1、单孔出水量 q=c.2gh 式中q单孔出水量，m3/s; c流量系数，一般取0.60.62 钻孔的断面积，m2； g重力加速度，g=9.81 m/s2 h钻孔出口处的水头高度， m，为计算钻孔的平均放水量，h可取最大水头高度的40%50%，,25,2、最大应放水量 Qmax=/t+Q动 式中净储量或老空积水量，m3； t允许放水时间， s; Q动动储量或老空水常补给量，m3/s； 3、小窑老空积水量 =K.M.L.h/sina 式中小窑老空积水量，m3；,26,M采厚，m; L小窑老空走向长度，m; h小窑老空内的水头高度，m; a老空的充水系数，一般取0.30.5 4、钻孔的孔数 N= Q/g 式中N放水钻孔孔数； Q放水量,27,第三节 探放老空水,小煤窑和矿井采掘的废巷老空积水，其几何
8、形状极不规则，积水 量大者可达数百万立方米，一旦采掘工作面接近或揭露它们时，常 常造成突水淹井及人身伤亡事故，故必须探放老空水。 探放老空水的原则 探放老空水除了要遵循煤矿安全规程所规定的探放水原则 外，还应遵循下述原则。,28,(1)主动探放。 当老空区不在河沟或重要建筑物下面、排放老空区内积水不会过分加重矿井排水负担、且积水区之下又有大量的煤炭资源急待开采时，这部分积水应千方百计地放出来，以彻底解除水患。 (2)先隔离后探放。与地表水有密切水力联系且雨季可能接受大量补充的老空水；老空的积水量较大，水质不好（酸性大），为避免负担长期排水费用，对这种积水区应先设法隔断或减少其补给水量，然后再进行探水，若隔断水源有困难无法进行有效的探放，则应留设煤岩柱与生产区隔开，待到矿井生产后期再进行处理。,29,(3)先堵后探放。 当老空区为强含水层水或其它大小水源水所淹没，出水点有很大的补给量时，一般应先封堵出水点，而后再探放水。 (4)先降压后探放。对水量大、水压高的积水区，应先从顶、底板岩层打穿层放水孔，把水压降下来，然后再沿煤层打探水钻孔。,30,二、探放老空水的步骤及方法,1、探水前应注意
9、事项 检查排水系统。准备好水沟、水仓及排水管路等；检查 排水泵及电动机，使之正常运转，达到设计的最大排水 能力。 准备堵水材料。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、斧等，以便出水或 来压时及时处理。 检查瓦斯。瓦斯浓度超过安全规定时应停止工作，及时 加强通风。,31,检查钻场支护情况。有松动或破损的支架要及时修整或更换。帮顶是否背好，都要一一检查。 检查煤壁。煤壁有松软或膨胀等现象，要及时处理，闭紧填实，必要时可打上木垛，防治水流冲垮煤壁，造成事故。 检查水沟。巷道水沟中的浮煤、碎石等杂物，应随时清理干净。若水沟被冒顶或片帮堵塞时，应立即修复。 检查安全退路。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。,32,2、探水起点的确定 根据一些矿区的经验，将调查和勘探（包括物探）获 得的小窑、老空分布资料，经过分析画出三条界线（书141页） 1、积水线 调查核对积水边界线（即小窑采空区的范围），其深部 界线应根据小窑或老空的最深下山划定，并填写古井或 近期采空区调查表。,33,2、探水线 沿积水线外推60150米的距离画一条线即为探水线（下山掘进时则为顺层的斜距），此数值大小视积水边界的可靠程度、水压大小、煤的坚硬程度、顶底板岩性及地质构造等因素来确定。当掘进巷道至此线时应开始探水。,34,3、警戒线 由探水线再外推50150米（在上山掘进时指倾斜距离），即为警戒线。当巷道进入此线后，就应警惕积水的威胁，注意掘进工作面的变化，如发现有透（突）水征兆应提前探水。探水线、警戒线的确定可参考下表的经验数值结合本矿的资料确定。,35,积水线外推探水线，警戒线经验数值表,36,3、探放水钻孔布设工艺,（1）探放水应采用深孔、中深孔和浅孔相结合的方式（书142页） 深孔：每次探放水应打3个深孔（中眼和两个外斜眼），为提前 探测到积水（深孔放水较安全），只要不脱离煤层应尽量扣深， 由于外斜眼深度大，控制的帮距也大，使继续探水掘进时安全。 中深孔：每次探放水在3个深孔之间或外斜眼外侧布置一些中深 孔，孔深能满足超前距、帮距和孔间距的要求即可。,37,浅孔：薄煤层探水，由于倾角的变化或打深孔，钻孔先穿过煤层顶、底板岩层，然后再沿煤层掘进时，应布置浅孔，把沿岩层钻进的范围补充探明。其钻孔深度根据需要确定。 对于
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