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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。,王家岭透水事故分析,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,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
2、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。事故搜救耗资超过1亿元。,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,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
3、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。,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。,（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
4、。（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，明确安全措施。,（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。,（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
5、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。,（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
6、，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。,（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。,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，
7、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。,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、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。,（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
8、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。,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。,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
9、计（6）设置临时排水设施（7）水闸门及水闸墙的设置（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。,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。,（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，
10、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,探水超前距离经验数据表,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
11、、节理发育的情况下，应采用隔离式探水（书138页）,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%，,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 式中小窑老空积水量，m3；,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0.30.54、钻
12、孔的孔数 N=Q/g式中N放水钻孔孔数；Q放水量,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。,(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
13、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。,(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。,二、探放老空水的步骤及方法,1、探水前应注意事项检查排水系统。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
14、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。,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。,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
15、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。,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。,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
16、合本矿的资料确定。,积水线外推探水线，警戒线经验数值表,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。,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。对于厚煤层、急倾斜煤层探放水
17、钻孔的布置应根据前面的开采情况，不仅平面上布置扇形，而且剖面上也应为扇形，以防漏掉老空巷道。（2）空口安全装置的布设。一般的探放水孔都必须安装空口安全套管。孔口安全装置的施工和安装程序如下：,选择煤（岩）坚硬完整处开孔，孔径应比孔口管径大12级，钻至预定深度（视水压高低和煤层坚硬强度而定）后，将孔内冲洗干净。孔口管的安装和胶结可用以下三种方法：第一种方法向孔内注入水泥浆，将预先准备好的孔口管末端应塞上木塞放入孔内，待水泥浆凝结后，即可在孔口管内钻进。,第二种方法是将孔口管插入孔口后，在孔口用水玻璃和水泥将孔口管固定封死，在管的上方另留一个小管，然后从孔口管内向四周压入水泥浆，开始从小管跑出空气
18、和水，待跑出浓水泥时即将小管封死，继续向孔口管内压入水泥浆，至到一定压力后停止注浆，关闭管上的闸阀待水泥凝固，（书图143页）。第三种方法是将孔口管深入煤壁内一端做成楔形，并加工出注浆孔。将孔口管的楔形部分撞入煤体内，孔口处用上述第二种方法封孔，然后用注浆胶结，其达到的要求与第二种方法相同（书图143页）。,水泥浆凝固后进行扫孔，扫孔深度超过孔口管长度后向孔内压水，当其水压值超过预计放水时的水压，且孔口管周围没有漏水出现时，说明合乎要求，否则仍需注浆加固。当探放强含水层水或需要收集放水时的水量与水压资料时，还应在孔口管安设水压表。完整的探放水孔孔口装置如图（书图143页）对水压高于1.0Mpa
19、且水量较大的积水或强含水层进行探放水时，孔口应安设防喷逆止阀，以免高压水顶出钻杆，喷出碎石伤人，（书图144页）安装逆止阀时除按说明书外还要特别注意安全。,钻孔孔径的确定。放水孔孔径应根据煤层的坚硬程度、放水孔深度等因素确定。如煤层硬度较大、孔口较深，可选用稍大一点的孔径；反之，则选用较小孔径。在生产中常用42mm、54 mm、60 mm等孔径，一般不超过60 mm孔径，以免流速过高，冲垮煤柱。钻孔数的确定在以后阐述。探水与掘进配合受水威胁或预测有突水危险的地段，必须与掘进施工管理相配合，才能取得良好的防水效果。,1、上山探水因积水区在上方，上山巷道受三面水威胁，一般应双巷掘进，（书图145页
20、）其中一条适当超前探水、泄水，另一条随后，用来安全撤人。双巷之间每隔3050米掘一联络巷，并设挡水半墙，以便在其中的一条上山出水时，水不会窜到另一条上山中去。2、倾斜煤层平巷探水在倾斜煤层平巷掘进时，应采用双巷掘进。单巷超前探水钻孔布置成扇形，（书图145页）两巷之间每隔3050米掘一联络巷，上方巷道探水，下方巷道为泄水巷。,3、平巷和开切眼互相配合探水（书图146页），在煤层内准备回采工作面时，平巷（上风道）应先探水掘进到位，然后再施工开切眼。这样既减少开切眼掘进的危险性，又降低开切眼掘进时的探水工作量。4、上山与下山互相配合探水（书图146页）下山巷道掘进，除防止工作面和两帮来水外，还应特
21、别注意背后来水。当上山巷道水害未消除或正在探水时，下山巷道应停止工作，待水害威胁消除后再掘进。,三、探放老空水的安全措施,（一）探水巷道掘进的安全措施（1）探水巷道必须在探水钻孔的有效控制范围内掘进，探水孔的超前距、帮距及孔间距必须符合设计要求。每次探水后、掘进前，应在起点处设置标志，并建立挂牌制度，探水牌内容（书图146页）.（2）探水的上、下山及平巷，中间不得有低洼积水段。（3）巷道与积水区间距离小于探水规定的超前距，若有突水征兆时，应将掘进头正前方和两帮支架加固，刹紧背严，加以封固，另选定安全地点探水。,（8）遇到下列情况时，应严格执行“三人放炮”制度；掘进工作面或炮眼有突水征兆时；探水
22、孔超前距离不够时；掘进工作面支架不牢固或空顶距离超过规定时。（9）掘进班长必须在现场交接班。交接允许掘进剩余长度和巷道中线与允许前进方位关系等问题。（4）按设计钻孔的预计流量修建水沟，并将流水巷道内的沉渣等障碍物清理干净，巷道通风必须良好。（5）巷道支护必须牢固，顶、帮背实，无高吊棚脚，倾斜巷道应有撑杆，使巷道有较强的抗水流冲击能力。,（6）探水巷道必须加强出水征兆的观察，一旦发现异常应立即停止掘进进行处理。情况紧急时必须立即发出警报，撤出受水威胁地点的全部人员。（7）厚煤层的上山探水巷，必须沿底板掘进，巷道内不能有浮煤。,（二）钻探的安全措施（1）注意检查观测周围有无出水征兆，如发现安钻地点
23、距离积水地点很近、探水不安全时，区间距小于探水规定，或有突水征兆时，应在采取加固措施后，另找安全地点探放水。（2）检查安钻的巷道支护和通风情况，安全情况完好后，方可安装钻机。（3）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，电缆吊挂要整齐。（4）严格按设计标定钻孔方位、倾角，每班开钻前先检查好立柱、孔口安全装置、周围支护和报警信号，如有问题，应先处理后开钻。,（5）钻进中发现有害或有毒气体喷出时，应在加强通风的同时，用黄泥、木塞（预先备好）封堵孔口。如无法处理，应立即停止工作，切断电源，将人员撤到新鲜风流地点。（6）钻进时要注意判别煤、岩层厚度变化并记录换层深度。一般每钻进1
24、0米或更换钻具时，要丈量一次钻杆并核实孔深。终孔前再复核一次，以防孔深差错造成水害事故。（7）遇高压水顶钻时，用立轴卡瓦和逆止阀交替控制钻杆，使其慢慢地顶出孔口。操作时禁止人员直对钻杆站立。,（8）钻进中发现孔内显著变软或沿钻杆流水，都是钻孔接近或进入积水区的象征，此时应立即停钻检查，如孔内水压很大，应将钻杆固定并记录其深度。在提出钻杆前，必须重新检查和加固有关设备和支护，并打开三通泄水阀，边钻边推入钻具。使钻头超过原孔深1米以上，先把附近积存的淤泥碎石冲出孔外，而后再提出钻杆，以利安全放水。,（三）放水及放水后掘进的安全措施（1）探到积水或水压后，应复核原有积水资料，确定放水量及防水孔个数，
25、进一步调整排水能力，使排水供电系统符合煤矿安全规程的要求，并清理好水仓、水沟等。（2）设堰板，派专人监视防水情况，记录放水量，发现异常及时处理。（3）加强放水地点的通风，增加有害气体的检测次数，或设甲烷检测报警仪。（4）防水结束后立即核算放水量与预计积水量的误差，查明原因，以防有残留积水。,（5）受地表强烈补给的老空区，放水后一般应通过一年的水文观察，方可掘透老空。恢复掘进和掘老空前须要行扫孔或补孔检查。（6）掘透老空时，两侧应有掩护孔，并在有风流进出的钻孔透老空点标高以上掘进。以防由于淤泥、碎石收缩堵孔，造成积水已被“放净”的假象和防止放水点标高以下残留积水突出的危险。（7）进入老空区后，遇
26、见实煤区或致密的矸石充填区，凡无法观测前方老空状况时，仍需探水前进，以防残留积水的危害。,（四）其他安全措施（1）探放水人员必须按照批准的设计施工，未经审批单位允许，不得擅自改变设计。（2）在突然大量涌水的情况下探放水时，应事先在探水工作面附近设临时水闸门。（3）预先规定好报警联络信号、涌（充）水时的对策及人员避灾路线等。（4）放水工作应尽量避免在雨季进行。,第四节 探放断层水,据统计，矿井突水点绝大部分出现在断裂带及其附近。因此，当采掘工作面将要揭露或接近含水层的断裂构造时，都必须进行探放水，防止发生突水事故。,一、断裂带突水规律,断裂带既可以导水，又可以隔水。即有的断裂导水，有的不导水或阻
27、隔水；同一断层的某一部位导水，而另一部位或地段却隔水，或在浅部隔水，而在深部导水；也有采矿前不导水，而采矿后导水等。以上种种情况，主要与断裂带的力学性质、断裂部位及规模、断裂活动性及不同构造体系复合和干扰程度、断裂被充填和胶结程度、母岩性质、汇水条件、水源等有关，还与含水层富水性、水头压力及断裂面两侧煤层与含水层的对接程度以及采矿对顶、底板岩层破坏的程度有关。,（一）、断裂带充水特征,从研究和掌握断层带的充水（或富水）、导水或突水的规律出发，有些学者提出的断裂构造岩带划分和将较大断裂划分为内、中、外三个带的方法是有实用价值的。这种分带既能指出构造的富水部位（或充水）和富水性大小，又能说明其充水
28、的原因和富水的条件等，他们对断裂带的划分都是自断裂中心（即断裂的上盘与下盘的接触部位）向两侧（或两盘）划分出对称的各带，但两侧对称带的宽度、次生构造、裂隙及其充水性等并不对称。例如，断裂内带两侧为中带，中带两侧为断裂外带，内带、中带相当于一般所说的断裂破碎带，而外带则称为断裂影响带。,（二）、含水层和煤层的对接关系,1、煤层与含水层对接接触时的导水、含水情况（1）煤层与厚层强含水层对口（对接接触）时断层导水、富水性很强，揭露或接近时往往形成突水事故。（2）煤层与薄层灰岩强含水层对口时断层带导水和富水性也很强。2、煤层与含水层间接对接接触时的导水、含水情况（1）煤层与另一盘含水层的垂直距离小于6
29、米时，采前断层导水和富水性一般，而煤层回采时，断层带将导水，但不同构造部位亦有区别。,3、强含水层与强含水层对口时的导水、含水情况当强含水层与强含水层对口时，断层导水、富水性最强。（1）厚层与薄层灰岩强含水层对口，产生侧向导水，即水经过断层带，由一盘进入另一盘，这时断层富水性、导水性较强。（2）薄层与厚层灰岩含水层对口，一般断层带含水，导水性较好，富水性一般。4、强含水层与弱含水层对口时的导水、含水情况当强含水层与弱含水层对口时，断层带含水及导水性不如前者，而且在平面上其充水、富水部位也有差别。,（三）断层切割或沟通其他含水构造或水体,（1）矿区中小断裂与含水或导水大断裂交汇或交叉时，中小断裂
30、就具备了导水或突水条件。（2）接近或接触地表水体的断层，富水性强，往往成为矿井突水的导水通道。（3）断层切割了含水层或导水陷落柱时，其导水性良好。此时若采掘工作面接近或接触断层，则往往造成突水。,（四）采矿与断层导水或突水关系,断层面等高线及上、下盘煤层、含水层交线图,（1）采矿产生的裂隙与切割强含水层的隐伏断层沟通时，裂隙与断层就成为突水的良好通道。（2）采空区内侧剪切带的底板岩石遭受破坏性最严重，当周期来压时，剪切带上的断裂可以重新活动而导水，成为底板水突出的通道。,二、探放断层水的原则与探查内容,（一）探放断层水的原则 凡遇下列情况必须探水：(1)预测采掘工作面前方或附近有断层存在，但断
31、层位置和含（导）水性不清有可能突水时。(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，或控制不够严密时。(3)采掘工作面底板隔水层厚度与实际承受的水压都处于临界状态（即等于安全隔水层厚度和安全水压的临界值），在掘进工作面前方和采面影响范围内，是否有断层情况不清，一旦遭遇很可能发生突水时。(4)井巷工程接近或计划穿过的断层浅部不含（导）水，但在深部有可能突水时,(5)断层已为巷道揭露或穿过，暂时没有出水迹象，但由于隔水层厚度和实际水压已接近临界状态，在采动影响下，有可能引起突水，需要探明其深部是否已和强含水层连通，或有底板水的导升高度时。(6)根据井巷工程和留设断层防水煤柱等的特
32、殊要求，必须探明断层时。(7)采掘工作面接近推断含水断层100m时。(8)采掘工作面距已知含水断层60m时。(9)采区内小断层使煤层与强含水层的距离缩短时。(10)采区内构造不明，含水层水压又大于23MPa时。,三、探放断层水的方法,探放断层水的钻孔应与探断层构造孔结合起来，在预先提供的断层面等高线图及两盘主要煤层、含水层交切关系图以及探测断层预想剖面图的基础上，探出断层位置、断层两盘对接部位的岩性及其富水性、断层与其他含水断层或其他水体交切部位及其富水性等。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，其钻孔布置可参照（书图153页）。,工作面前方已知或预测有含（导）水的断层探
33、查,掘进工作面前方有无断层突水危险的探查,采动影响后有无突水危险性的探查,四、探放断层水的安全注意事项,（1）水压大于2Mpa的断层一般不宜沿煤层探放断层水。（2）开孔层位必须在较坚硬岩层中，孔口管（止水套管）的长度、超前距离、探断层的起始点距离应符合（书图154页）的要求（3）必须使钻孔在一定的安全深度揭露断层，由孔口至断层之间的岩壁厚度应能在关闭孔口阀门时足以抗衡水压的破坏。对于水压大于2Mpa、中间要穿过煤层的探断层孔，在打穿断层之前，还必须下好第二层孔口管封水护壁，以防高压水与煤层及煤系地层发生人为连通。,（4）水压大于2Mpa时，应选用钻深200300米的井下大、中型钻机，水泵应能单
34、独启动，水泵压力应大于实际水压的1.5倍，以便停钻时可以不停泵；一旦高压水大量喷出，须立即注浆封孔，确保安全。（5）揭露断层带或含水层时，孔径应小于60 mm，同时采用肋骨钻头，以控制孔内涌水量和防止高压水使钻杆射出。（6）孔口安全装置要求与探老空水时相同。另外还要特别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、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。,（7）在喷高压水的条件下继续钻进时，斜孔可使用孔口防喷逆止阀，倾角50度90度的钻孔可使用“孔口防喷冒”或“盘根密封防喷器”钻具可使用“防喷接头
35、”，上下钻可使用“孔口反压装置”。（8）严格执行交接班制度，力争做到交接班时不停钻，以防止发生孔内事故。（9）钻孔终孔后，孔内有水应进行放水试验。孔内无水时应选择一个孔进行压水试验，检验断层带隔水性能，但压力一般以略大于断层所承受的静水压力为宜。,五、断层水的预防和处理,根据探查和综合分析可将断层大致分为三类，即不含（导）水、一般没有突水、危险的断层（类），弱含（导）水、有可能突水的断层（类）和强含（导）水、突水可能性大的断层（类）。据此，采掘工程接近或揭露甚至穿过这些断层时，可采取不同的预防与处理措施，（书图157-158页）,（10）钻孔完成各项探测任务后，应立即全孔注浆封闭。经过探查和综
36、合分析必须提交的基础资料如下：有关井巷实见的断层地质素描图探查钻孔的平面位置图及有关断层、陷落柱等的平面展布情况。探查钻孔的水文地质图表，详尽标注钻进中所取得的各项实测数据，基本要求（书图156页）。放水、压水试验时的井上、下观测资料及相关动态曲线图。,断层水及各主要含水层的水质分析对比资料。反映断层形态及其和主要煤层、含水层有交切关系的平面、剖面图。断层两盘煤层与强含水层的间距变化，尤其是隔水层厚度小于突水临界值的危险区分析图。,第五节 探放陷落柱水,煤层底板为厚层石灰岩的华北型煤田，由于导水陷落柱的存在，使某些处于上覆地层本来没有贯穿煤系基底强含水层的中、小型断层或一些张裂隙，成为水源充沛
37、、强富水的突水薄弱带，一旦被揭穿，将引起突水。若导水陷落柱直接突水，其后果就更严重。例如1984年开滦范各庄矿2171工作面陷落柱突水的最大涌水量达2053m3min，使该大型矿井在21h内被全部淹没，成为世界采煤史上最大的一次突水。有的陷落柱不导水，有的导水。,从现有资料看，导水陷落柱对矿井水文地质条件有下列影响：由于导水陷落柱的存在，煤层顶、底板含水层水质差异不明显，基本属同一类型。矿井涌水量和突水量跳跃式猛进。使不同地段井巷涌水量大小相差悬殊。在导水陷落柱附近，涌水比较集中，水量长期稳定。由于陷落柱的补给，煤层顶、底板含水层往往出现局部高水位的异常区。,一、陷落柱水的探放,在探放陷落柱水
38、钻孔的布置及施工中，应注意以下一些问题：水压大于23MPa的陷落柱原则上不沿煤层布置探放水钻孔，钻孔而应布置在煤系地层底板稳定的岩层中。若在煤层中布置钻孔，沿煤层埋设的孔口安全止水套管，容易被陷落柱中的高压水突破。严格执行钻孔验收和允许掘进距离的审批制度。孔口安全装置、施工安全注意事项与探放高压断层水要求相同。监测并记录孔内水压、水量和水质的变化，发现异常应加密或加深钻孔，争取直接探到陷落柱。,钻孔探测后必须注浆封闭并做好封孔记录，注浆结束压力应大于区域静水压力的1.5倍。探到陷落柱无水或水量很小，要用泵进行略大于区域静水压力的压水试验，检验其导水性。同时要向其深部布孔，了解深部的含（导）水性
39、和底板强含水层水的导升高度。要提高岩心采取率，及时进行岩心鉴定，做好断层破碎带与陷落柱的分辨工作，编制好水文地质图表。,二、陷落柱水的防治,强含（导）水的陷落柱总是与煤层底板的强岩溶承压含水层的集中径流带有着水利联系，它在短期内能通过岩溶网络汇聚广大范围内的地下水储存量，同时可以获得巨大的补给量，对矿井的威胁极大。因此，必须进行防治。,（1）对导水性好、涌水量大的陷落柱，除按规定留设防水煤柱外，还应立即对陷落柱进行注浆，切断强含水层的水源通道。（2）对区域地下水位以上的陷落柱，充填比较结实，未与地表其他水体发生水利联系者，经矿总工程师批准，可少留或不留防水煤柱，但对雨季高水位时，有可能位于地下
40、水位以下的陷落柱，必须制定专门的防治水措施，并报上级批准。（3）对陷落柱有水，但含（导）水性不强，深部充填胶结良好，与强含水层水利联系不密切者，在利用探查孔（必要时应增加注浆孔）适当注浆加固后，可不采取特殊防范措施。但回采时须按规定留设防水煤柱，掘进时应在安全边界以外绕行；岩巷须穿过陷落柱时，应预先全断面注浆。巷道支护的要求与通过导水断层时相同。,六、探放含水层水,底板厚层岩溶水的突出，能给煤矿安全生产造成严重的危害和威胁，而砂岩裂隙水、煤系中薄层灰岩水也常常给煤矿造成重大的经济损失。例如1979年开滦煤矿荆各庄矿九煤1093工作面，顶板砂岩裂隙含水层突水20m3min,使综采工作面及机组被淹
41、，日减产2000多吨煤，造成很大的经济损失。因此，为了确保矿井安全生产，必须探清含水层的水量、水压、水源等，才能予以治理。由于基岩裂隙水的埋藏、分布和水动力条件等都具有明显的不均匀性，煤层顶、底板砂岩水、岩溶水等在某些（或某一）地段对采掘工作面没有任何影响，而在另一些地段却带来不同程度的危害。为确保矿井安全生产，必须探清含水层的水量、水压和水源等，才能予以治理。,防治煤层顶、底板含水层的水害，既要从整体上查明水文地质条件，采取疏干降压或截源堵水等防治措施，又要重视井下采区的探查。井下探查往往是疏干降压或截源、堵水等措施的先行步骤和重要依据。如无水或补给量很小，通过探查孔放水即能达到降压或疏干的
42、目的；若补给水源丰富，水量大，则需要通过井下“大流量、大降深”的放水试验和物、化探方法的配合，查明条件后才能采取相应的防治方法。因此，井下探放含水层水是矿井防治水的基本工作内容之一。,一、顶板含水层水的探放,（1）石门揭露含水层之前，应按（书图141页）的要求预留超前距，布置扇面形钻孔进行超前探水。（2）在开拓井巷之前，回采导水裂隙带可能破坏顶板含水层水时，应通过附近巷道的实际观测，找出构造裂隙比较发育而可能突水的地段，布置探查孔，进行放水试验，了解水压和水的补给储存量，将水疏放出来后进行回采。（3）通过探查，证实本含水层与强含水层或其他水体未发生水利联系，且采区有足够的排水能力时，可在采区最
43、低部位首先回采，实行采动放水；也可以结合生产开拓的需要，直接在含水层内掘巷道放水。,二、底板含水层水的探放,矿井采掘时一般不揭露底板含水层，但随着采深的加大，承压水头愈来愈大，经常发生底板突水事故。当其与强含水层沟通时，往往会造成淹井。实践证明，加强井下探放和查证，是预防此类水害的关键措施之一。1、探查方法 对底板突水水文地质和工程地质条件的探查，与一般探水有相同之处，但也有它自己的特点；地面和井下、钻探和物探必须相结合，并与探断层水相结合。,（1）地面钻探。有煤层底板突水危险的煤田，在地质勘探阶段就要探查突水的水文地质条件。生产补充勘探阶段应列为重点。钻探或勘探钻孔必须加强封孔和必要的隔离止
44、水工作，防止出现导水钻孔。（2）地面物探。根据条件和可能，应积极采用地震勘探、电法勘探、孔间透视和航空遥感等手段。（3）井下物探（放射性测量）。利用开拓巷道已大大接近主要含水层的条件，用物探的方法探测主要含水层的界面，了解隔水层厚度、底板含水层的富水带及其地下水沿构造裂隙上升的原始导高、采动矿山压力对底板隔水层的破坏和影响深度、必要的孔间透视等。,（4）钻探。这是目前控查的主要手段。本章第四节所述井下探断层水的钻孔，大部分也起到探含水层的作用，因此探断层水可以和含水层水相结合；根据采区需要在布置探断层孔的基础上，再布置一部分探含（隔）水层的钻孔。此类钻孔即可打垂直孔，也可打不同倾角的斜孔，其施
45、工工艺流程和安全注意事项见（书图154页）,2、探查资料的整理分析,探查结果需归纳整理的资料如下：（1）主要含水层顶面等高线图。（2）换算成真厚度的底层煤至主要含水层的隔水层厚度变化状况图，圈出最薄区段。（3）主要承压含水层水沿构造裂隙进入隔水层的原始导升高度状况图，圈定出最高区段。（4）次要含水层的富水性图，圈出水压、水量特别高的区段。（5）断裂构造分布状况和探查结果图，标明其产状、断距和相互交切情况。（6）纵横水文地质剖面图，反映断层两盘岩层对接情况。（7）次要含水层放水试验时水压、水量及观测网点动态变化曲线图。（8）隔水层岩石分层物理力学试验成果柱状图。（9）各探查孔水文地质图表，（书图
46、163页）（10）次要含水层的补给量和储存量计算结果及疏干降压趋势分析预测图。（11）计算掘进或回采时的隔水层安全水头值，判定采区不同地段突水危险程度。,3、煤层底板突出预防根据资料可选用下列不同措施防治煤层底板突水；井下探含（隔）水层钻探施工工艺流程表,（1）断层位移变薄带留设放水煤柱后，煤与主要含水层之间的隔水层厚度能承受的水头值普遍大于实际水头值时，可采取疏降中间的次要含水层使之相对成为隔水层的措施来预防突水。（2）隔水层的安全水头值与实验水压处于临界状态时，应改进开拓部署，限定工作面长度，或对主要含水层进行局部疏干降压。（3）隔水层的安全水头值普遍低于实际水压值时，应按煤矿防治水工作条
47、例第三十四条的要求采取措施。（4）当隔水层厚度局部变薄或底板水导升高度局部特高、部分地段能承受的水压值低于实际水头值时，在这一地段应改变开采方式和方法，如缩短工作面长度、条带开采局部充填、穿柱采煤等。（5）不论属于上述哪一种情况，在承压含水层上开拓，掘进回采时，均应加强常规水文地质工作。对揭露和控制的断层构造及时进行观察、素描和分析，坚持水文点定期动态观测，及时分析变化原因；遇有出水特征，立即分析产生原因和条件，有突水怀疑时暂停采掘作业，首先采取加固措施。,第七节 井下探放水设备、仪器与仪表钻探设备,常用国产的井下钻机型号见（书图165页）,二、井下物探设备,我国井下物探设备正处在摸索使用阶段
48、可供试用的仪器设备（书图168-169页）,2.P-S波长距离构造探测技术 P-S波长距离超前构造探测主要检测地震波中反射回来的P波和S波并分析预报地质构造，能方便快捷预报采掘工作面100-150米深处煤岩内的地质异常情况。,3.无线电波透视系统 该系统是利用电磁波在介质中的传播特性，探查矿井煤层地质目标的仪器（简称坑透仪）。系统适用于探测矿井回采工作面或钻孔之间的地质构造，如断层、陷落柱、火成岩、煤层厚度变化、瓦斯富集区和突水构造等。,三、井下注浆封孔、堵水常用的仪器与设备,（书图170页）,第八节 导水钻孔的探查与处理,煤矿在勘探阶段施工的各类钻孔，往往会贯穿若干含水层，有的还可能穿透多层
49、老空积水区甚至含水断层等。若封孔或止水效果不好，将会人为地沟通本来没有水利联系的含水层或水体，使煤矿开采的充水条件更趋复杂化。山东肥城矿区“中一井”，因地质勘探阶段的钻孔质量封孔不好，将中奥灰水导入煤系薄层灰岩，致使开采上组煤时矿井涌水量很大，且长期达不到疏水降压的目的，矿井一直无法投产，被迫改为“水文地质试验井”，补做了10余年的水文地质补充勘探工作，将有怀疑的钻孔一一做了启封，最终才解决了这一人为造成的水文地质问题。淄博夏庄煤矿附近的一个厂矿，穿越煤系地层打奥灰供水孔时，因套管止水质量不好，岩溶承压水沿钻孔上升后，使该矿七层煤残留煤柱遭到破坏，矿井突然增加12m3/min的涌水量，该矿几乎
50、被淹。有的矿井，施工中的地质孔将上层煤的老空积水大量导入正在生产的下层煤采区，也曾造成严重的水害。因此，必须采取有效的措施防止产生导水钻孔，封闭确已存在或有怀疑的导水钻孔。,一、防止出现导水钻孔的基本措施,（1）各类勘探孔达到勘探目的后，应立即全口封闭包括第四系潜水层以下的各个含水层。（2）为了防止水、砂分离或黏土稀释流失，封孔不能用水泥砂浆或黏土，而要用高标号纯水泥。（3）严重漏水段，应先下木塞止水，然后注浆，防止水泥浆在初凝前漏失。（4）要先提出封孔设计，进行分段封孔并分段提取固结的水泥浆样品。实际检查封孔的深度和质量，由下而上，边检查边封闭，做好记录，最后提出封孔报告书。（5）需要长期保
