《井下探放老空水技术要求》《井下老空水物探管理要求》Word格式文档下载.docx
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+480m
+470m
+460m
积水线(采空边界)
探水线
+450m
+440m
警戒线+430m
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
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
KMah
sin
α
KMF
cosα
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)。
安全外围线
孔间距(应小于老空宽度)外斜
眼
中眼
探水终孔位置
允许掘进距离
超前距
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
3
p
k
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
个
进行设计。
厚煤层:
即在薄煤层钻孔设计基础上,在垂直方向上增加
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
方案设计钻孔数多、比情况
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)。
煤层赋存方向应至少应布置
5
个探放水钻孔(见图
1
—10—
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
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—
煤层
厚薄探水孔布置方式
表
探水钻孔布置方式
孔
数
钻孔水平夹角
钻孔倾角
一般水平布置
个钻孔。
在警戒线圈定以外
区域,实行基本钻
探方式
21
钻孔呈扇形布置,布置在巷道前
方
在警戒线以内、探
5-7
薄
煤
层
2
3
允许掘进距离
图31-13-2
4
水线以外的过渡区
域,适当加密钻孔
布置
图31-13-3
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
按地层产状换
算而定
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
老空的规模而
老空规模
大取大夹角,
反之,取小夹
角
—13—
一般布置
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
钻孔在水平及垂向方向上呈扇形
布置,布置在巷道前方
厚
孔,分别有
个钻孔探至煤层
顶、底板
7
6
8
213
21
—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。
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
积水区水压高(水头>
100m),水量大、附近
专门探水石
又无巷道可以利用时,
门探水由煤层向岩层中掘石门
并应使石门与积水煤层
石门
积水
应选择安全、经济、
合理的位置施工放
水石门
墙外探水
之间距离不小于
20m
图31-14-1
煤层松散或节理发育,
水泥浆
隔水墙
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
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
图31-14-3
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
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。
C
D
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。
孔口管
小管
挤水泥浆
固定孔口管之水泥
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。
7
6
9
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。
9
10
11
12
13
14
15
机
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<
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
2gH
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—
Qcp=
W
Qcp
—平均放水量,m3/h;
W
—静储量或老空总积水量,m;
t
—计划放水期限,h;
Q补
—补给量,m3/h。
C.
钻孔孔数计算:
N
=+
K
q
—放水钻孔孔数;
K—备用孔个数,一般取
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
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—
小窑老空
23°
甲
上
山
探水钻孔
联络巷
乙
半
墙
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
掘一联络巷,上方巷道探水,下方巷道作泄水巷(图
8)。
小
窑
副巷
老
空
正巷探水钻孔
25°
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—
上风道探水钻孔
采
工作面切眼区
边
界
下顺槽
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)。
上山探水
下山巷道
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
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
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