探放水单孔设计及安全技术措施

探放水单孔设计及安全技术措施

为了杜绝巷道掘进过程中水灾发生，确保我矿掘进施工

安全，根据《煤矿安全规程》对掘进巷道“预测预报、有掘

必探、先探后掘、先治后采”的原则、结合我矿现场水文地

质条件，制定本防治水钻探施工：

第一节 文地质概况

根据矿井初步设计中水文地质资料描述，我矿井涌水量

不大，仅对涌水量较大的出水点进行了观测记录，并用水仓

容量法观测记录了正常日涌水量30m ³/d和最大日涌水量

80m ³/d。10号煤层顶板为砂质泥岩，底板为泥岩，均为隔

水岩层，故一般涌水量不大，主要表现为顶板滴水、淋水，

当煤层采空顶板垮落后，K2灰岩便与采空区发生联系，K2

灰岩为一含水层，成为采空区的直接充水含水层，目前矿井

涌水主要来自K2灰岩。主要表现为采空区积水。

第二节 探放水钻孔布臵的参数和超前距帮距的确定

一、探水距与超前距的确定

1、探水与掘进循环作业，探水作业超前于掘进作业，

即探水——掘进——探水，探水循环进度75m ，超前距为35m,

允许掘进距离40 m，依此交替作业。

2、帮距：为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一

定的安全距离，布臵的最外侧探水钻孔所控制的范围与巷道

帮的距离取20米。

3、 探水设备：钻机型号：ZLJ-350型煤矿用坑道钻机，

钻具配备：Ф75mm 钻杆80m ，泥浆泵1台，合金钻头3个及

钻具1套。

二、探水钻孔布臵的参数说明

以后按此施工方式循环施工。

三、钻探完毕后由安监、地测、通风、调度联合进行现

场验收，并及时进行分析，为采区其它大巷掘进提供水文地

质依据，确认无水害危险待下发允许掘进通知单后方可掘

进，掘探交替进行至设计位臵为止。

四、孔口安全装臵的布设

探放水孔必须使用孔口安全装臵，孔口安全装臵由孔口

管、泄水测压三通、孔口阀门和钻杆逆止阀等组成，其施工

和安装程序如下：

1、选择岩层坚硬完整的地段开孔，孔径应比孔口管直

径大3-5mm ，钻至预定深度（视水位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

用木塞塞住）放入孔内，待水泥凝固后，即可在孔内钻进。

3、水泥凝固后扫孔，其深度超过孔口管长度0.5-1.0m,

向孔内注水。试液压力大于孔口管末端承压静水压力的1.2倍，呈水压值超过预计放水时的水压，稳压时间至少保持半小时，孔口管周围没有漏水现象，则合乎要求，否则要重新

注浆加固。

4、探放强含水层水时，应在孔口管上安装水压表、水

门、三通和泄水管等。

第三节 单孔设计

一、钻孔设计参数

水源性质:预计水源主要为顶底板裂隙水、断层水。

钻机型号：ZLJ-350型探水钻

钻具配备：5个∮100 mm 的孔口管,100根φ75mm 地质钻

杆, φ89mm 筒状合金取芯钻头，φ55PDC 金刚 石钻头和双翼合金钻头无芯钻进。钻孔深度90米，钻孔直径

60mm, 功率5.5KW 。

二、探放水前的准备工作：

1、检查排水系统。即准备好水沟，水仓及排水管路；检查排水泵（两台）及电动机，使之正常运转，达到设计的最大排水能力。

2、准备堵水材料。即在探水地点备用一定数量的水泥（或化学浆）、套管、闸阀在、坑木、麻袋、木塞、泥、棉线、大锤、锯、斧及加工好的2m 长2寸带阀门钢管与钢板挡板等，以便出水或来压时及时处理。

3、检查瓦斯。瓦斯员必须跟班作业，瓦斯浓度超限（≥1%）或钻探过程中有害气体浓度增大必须停止工作，切断电源，撤出人员并报告调度室及时处理。

4、检查支架情况。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。

5、检查煤壁。煤壁有松动或膨胀现象时，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。

6、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。

7、检查安全退路。即避灾路线内不许有煤炭、木料、杂物等阻塞，要时刻保证畅通无阻。

8、检查打钻地点或附近必须安设专用电话。

9、探放水人员的培训

组织有关人员学习了解探水钻的及使用操作说明；学习本工作面作业规程及探放水安全技术措施的规定。

10、安装探水钻

必须垫平放稳探水机，打牢顶柱。开车前要检查钻机是否平稳牢固，各部紧固件有无松动情况。检查抱闸的松紧程度是否合适，送水器转动是否灵活，输水胶管是否固定，以防止转动。

11、孔口安全装臵的布设

一般的探水钻孔必须安设孔口安全装臵，它由孔口管、泄水测压三通、孔口水门和钻杆逆止阀（必要时安装）等组成。其施工和安装程序如下：

1）选择岩层坚硬完整地段开孔，孔径应比孔口管直径大1～2级，钻至预定深度后，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放入孔内，待水泥凝结后，即可在孔内钻进；另一方法将孔口管插入孔内后，在孔口部分用掺水玻璃的水泥浆将孔口管固定封死。在孔口管上方另留1～2个小管（或水针），而后从孔口管内向四周压入水泥浆，待从小管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浆，关闭孔门管闸阀。待水泥浆凝固。

3）水泥浆固结后扫孔，其深度超过孔口管长度0.5～1m 后，向孔内压水。试验压力大于孔口管末端承压静水压力的

1.2倍或水压值超过预计放水时的水压，稳压时间至少保持半小时，孔口管周围没有露水现象，说明合乎要求，否则需重新注浆加固。

4）如探放强含水层水或需要收集放水时的水量与水压资料以及为了安全目的时，还应在孔口管上安装水压表、水门、三通和泄水短管等。

5）对水压高于1.0Mpa 且水量较大的积水或含水层进行探放水时，孔口应安设防喷逆止阀，以避免高压水顶出钻杆、喷出碎石伤人。

6）每次施工前，钻孔口必须安设托板，托板规格：（托板为正方体，边长为： 40cm，托板厚度为：1.5cm ，托板螺丝孔间距为32 cm），托板上留有钻杆通过的圆孔。

7）采用锚索锚杆将托板安装在孔口煤壁上，必须安装牢固，以避免高压水顶出钻杆、喷出碎石伤人。

三、单孔设计参数

1、设计参数：

2、钻孔超前距为30米，帮距23m ，止水套管10米，钻孔允许掘进距离60米。

3、预计水压小于0.1MPa ，钻孔预先固结套管，套管口安装闸阀。

(1)开钻钻到孔深10m ；

(2)下放Ф50-73肋骨式安全套管10米；

(3)Ф50钻孔到孔底；

四、钻探工程的步骤和方法

1、钻进

(1)开钻前，检查有害气体含量，当瓦斯浓度达到或超过1％时，不得开钻，采取措施进行处理。

(2)任何时候包括提下钻、钻进等工作人员不准在钻杆后方站立和走动，防止钻杆后滑伤人。

(3)压力要合理、均匀，不进尺时不得强行加压，防止钻孔倾角和方位的改变。合理加压，不进尺立即提钻换钻头，减少孔斜。

(4)钻杆丝扣下钻时要逐条缠线，并用钳子上紧，严防脱扣事故。随时备好Ф42小公锥, 一旦发现断钻杆，橹扣等孔内事故及时处理。

(5)松紧顶丝和停送电人员严密配合，口号响亮一致，不准干哑吧活。

(6)钻进中一旦发现“变软”、“见空”、“见水”和变层等要立即停钻丈量残尺计算孔深。见空前10米时丈量全长，校正孔深，调整误差。

(7)若发观孔内涌水，应测定水压和涌水量。

(8)及时准备地全面记录各种数据，包括加尺、残尺、孔深、涌漏水等情况。

(9)钻杆应不堵塞、不弯曲，丝口未磨损，不合格的不准使用。

(10)接钻杆时，要对准丝口，避免歪斜和漏水。

(11)卸钻头时，应严防管钳夹伤硬质合金片，夹扁钻头和岩芯管。

(12)装卸钻杆时，必须一根接一根，依次安装。

2、φ50开孔钻到10米，岩芯鉴定特别注意岩石的硬度，结构是否完整等物理特征，是否符合下套管的要求，如果岩石松软或节理发育破碎等，应考虑加长φ50孔深，增加套管长度。

3、下φ50-73肋骨式套管，水泥注浆固井。24-48小时后扫孔上好30Kg 高压闸阀，并打压试验，用φ50钻具扫套管内水泥块，并钻出套管1-2米，进行注水打压试验，如果达到设计压力和质量标准时，φ50钻头继续正常钻进，否则，重新二次注浆，并重新试压，直至达标。

4、见水后立即汇报矿方有关工程技术人员，在矿方人员的现场监督下，确认排水能力在通风良好的情况下，方可提钻，并立即关闭高压闸阀，并安装压力表测定水压，便于计算积水面积和积水量。

5、见空后无积水涌出时，加强通风并用粘土堵塞钻杆外和闸阀内的环状间隙，严防瓦斯由钻孔突出，由瓦斯检查员现场测定，瓦斯含量在保证安全的情况下方可提钻，而且提钻后立即关闭高压闸阀。

五、封孔措施

1、钻孔完成后，根据要求进行封孔，钻孔封闭前，应先进行洗孔（清水除外），根据孔壁情况也可使用18-19秒稀泥浆冲孔。

2、灌注泥浆必须将钻具下到距应封孔段底部3~5m处，随着灌浆逐渐提升钻具，但钻具不得提出浆面，严禁采用自孔口向孔内倒灰浆的方法封孔。

3、封孔水泥要采用425#，过期、受潮结块的不准使用， 封闭终了要及时用清水洗泵，以保护泵体。水泥浆灌注完毕应在封闭孔段提取浆样，如封闭数量和深度不符合设计要求时应进行补封。

第四节 钻机的安装 一、加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固立柱和挡板。

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、测量和探放水人员必须亲临现场，依据设计，确定主要探水孔的位臵、方位、角度以及钻孔数目。

第五节 探放水施工中的技术要求

一、探水技术要求

1、 钻进时应准确判别煤、岩层厚度并记录换层深度。一般每钻进10m 或更换钻具时，测量一次钻杆并核实孔深。终孔前再复核一次，如有可能应进行孔斜测量。

2、钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等现象时， 必须立即停钻，记录其孔深并同时将钻杆固定，切不可拔出钻杆，以防在拔出钻杆的过程中被高压水顶出伤人的事故。要立即向矿调度室汇报，及时采取措施，进行处理。

3、 钻进中发现有害气体喷出时，应立即停止钻进、切断电源，将人员撤到有新鲜风流的地点。立即报告矿调度室，采取措施。

4、 钻孔内水压过大或喷高压水时，应采用反压和防喷装臵的方法钻进，应有防止孔口管和煤(岩) 壁突然鼓出的措施：

5、 背紧工作面，在拦板外面加设顶柱或木垛，必要时还应在顶、底板坚固地点砌筑防水墙，之后方可放水。

6、对于水压大于2MPa ，中间要穿过煤层的探断层水钻

孔，在打穿断层或含水层前，还应下第二层孔口管并超过煤

层1 m以上。

7、 在探水孔施工中，见到含水层、断层、陷落柱和积

水区之前，应停止钻进，安好水门后再继续钻进。

8、 遇高压水顶钻杆时，可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。

9、应做到交接班时不停钻。

10、 探放断层水的探水孔终孔后，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

隔水性能；压力一般应略大于断层所承受的静水压力。

11、 探放水钻孔，完成探测任务后必须全孔注浆封闭，

并做好封孔记录。

二 、放水的技术要求

1、钻孔探到水后，要观测水压、水质、水量和估计积水量或补给量。根据矿井排水能力及水仓容量，决定是注浆堵水还是放水。控制放水孔的流量或调整排水能力，并清理

水仓、水沟等。

2、 煤层顶板有含水层和水体存在时，应当观测“三带”发育高度。当导水裂隙带范围内的含水层或老空积水影响安

全开采时，必须超前探放水并建立疏排水系统。

3、加强放水地点的通风，增加有害气体的观测次数。

11

4、必须监视放水全过程，放水结束后，应立即核算放水量与预计积水量的误差，查明原因。

第六节 探放水安全技术措施

一、探水安全技术措施

1、钻机运输、安装的安全措施

（1）、运输、安装钻机人员，要互相配合好，防止钻机反倒伤人和挤伤手脚事故发生。

（2）、钻场在稳钻前，应清净浮煤。钻场巷道支护要符合质量要求，禁止有空帮、空顶现象。钻机要稳牢、稳平，底座垫上底木梁，钻机稳固在底木梁上，四角要大好四根立柱，并用铁丝联在一起。将钻机稳定牢固后，方准开钻。

（3）钻具应统一放在钻场内，禁止在巷道内乱放。

2、钻机操作的安全措施。

（1）、钻工上岗前，必须经过培训，学习作业规程并持证上岗。

（2）、钻孔必须严格按设计的方位、角度、深度施工，严禁私自变更钻孔参数。

（3）、钻孔施工期间，必须有专职瓦斯检查员随时检查钻孔、钻场瓦斯，若瓦斯达到1 %，应立即通知停钻撤人。

（4）、操作钻机人员，要由班组长或有经验的工人担任，另一人跟前监护。钻机操作按扭，应设在距司机工作处不超

12

过0.5m 的地方, 确保能及时停送电。

（5）每班开钻前，钻机要先试正、反转。钻机开始运转后，任何人不准触摸钻杆及机器旋转部位，防止钻机绞人

（6）、操作钻机要严格执行操作规程。在钻进中，掌握好钻进速度，压力要适当，注意孔内水循环，禁止干钻，避免损坏钻机和发生卡钻事故。

（7）打钻过程中，要严格执行现场交接班制度，现场交清孔内情况和钻机运转情况。

（8）、钻孔透水后，要详细观测和记录水情变化。起钻时，工作人员禁止站在钻杆的正后方向。钻杆全部起出后，立即关闭阀门，并向调度室汇报透水情况。

（9）打钻出水后，若水量较大，威胁到巷道内人员安全时，要通知巷道内所有人员和受威胁的其他人员，一并撤出，并迅速向调度室汇报。

二、放水安全技术措施

1、待钻孔全部施工结束后，同时分别测定水压，测定水压要求连续8小时压力表指针不动。

2、放水延续时间与稳定时间要求

为充分查明含水层的富水性，放水试验按一次最大降深进行，延续时间不少于24小时。放水试验结束前流量稳定时间必须达8小时。并以最远观测孔稳定2小时为准。

3、放水孔的流量观测与观测孔的压力观测必须同步进

13

行。开始一般应按每隔30分钟观测一次，连续3小时后，可每隔60分钟观测一次，直至放水结束。

观测孔压力表指针观测应与主孔流量同时进行观测，不得提前或延后。

4、放水试验应连续进行。如放水中断，而中断前放水已超过6小时，且中断时间不超过1小时，则中断前的放水时间仍可计入延续时间内，否则一律作废。在中断放水时间内，应按观测稳定（静止）水位的要求观测水位(包括观测孔) ，直到重新放水为止。

5、水温、气温的测量，应在放水过程中，每隔2小时同时观测一次（应与流量、压力表指针的观测相应），其精度要求为0.5℃。

6、在放水过程中，必须随时绘制Q=f(S)及q=f(S)曲线，以便及时发现和纠正放水发生的错误。

7、水样应在放水试验结束前按设计要求采取，其方法按有关规程要求进行。

8、放水结束后要进行探测孔深。孔内沉淀物不得超过含水层厚度的1/5。

9、静止水位与恢复水位观测要求：

正式放水前及正式放水结束后，放水孔和观测孔均应进行静止水位和恢复水位的观测。

观测时间，开始时一般可按1、2、2、3、3、4、5、7、

14

8、10、15分钟的间隔观测，以后每隔30分钟观测一次，直至稳定。观测孔与主孔应统一。

10、静止水位、恢复水位采用压力表观测，连续8小时指针不动。

三、截水、堵水安全技术措施 根据有关规定及我矿的具体情况，井下的截水措施可采取修筑水墙和水闸门。水闸门一般应设在发生涌水时需要截水而平时仍需运输、行人的井下巷道内，具体位臵是井底车场、井下水泵房和变电所的出入口；采区之间联络巷中。并应注意以下几点：

1、筑墙地点的岩石应坚固无裂缝，如有风化松软或有裂缝的岩石，应全部清除。

2、水墙四周要用手镐或风镐掏槽直至完整的煤体或岩体；禁止放炮，以免造成裂缝。

3、修筑水墙时，四周应留灌浆孔，墙建好后应向四周灌注水泥沙浆，以使墙和四周岩胶结，防止漏水。

4、为便于施工，在水闸墙下部应设放水管，便于墙凝固结前排放积水，墙固结后再关闭闸门或加以堵塞。

四、排水设备

1、排水设施： 在掘进巷道下帮设臵排水实施，在掘进顺槽工作面低洼处开掘开掘临时小水仓（小水仓断面尺寸长为2m ，宽2m ，

15

小水仓底低于底板0.5m ，顶板及两帮采用带锚网临时支护，从小水仓内用FWB —70／30型气动泵和4寸纳米管路排至采区临时水仓；最后经大巷4寸无缝管路排入主副水仓。

2、排水路线

1103工作面进风顺槽：小水仓→FWB —70／30型气动泵→4寸纳米管→采区临时水仓→4寸无缝钢管→主水仓→地面水塔。

五、应急措施 当井下某一地点发生突然透水事故时，现场人员除立即报告矿调度室外，如果情况危急，水势很猛，则应采取以下应急措施：

1、在场人员的行动原则及避灾路线：

（1）行动原则 发生透水时，在场人员应尽量了解或判断事故的地点和灾害程度，在保证人员安全的条件下，迅速组织抢救，尽可能就地取材，设法堵住出水点，加固采掘工作面，以防止事故的继续扩大。如果无法抢救，则应根据当时的实际情况，有组织地沿着规定的避灾路线，避开压力水头，迅速撤退到涌水地点的上部水平或地面，而不能进入出水点附近的独头巷道内。如果独头上山下部的唯一出口已被淹没无法撤退时，则可在独头巷道躲避，以免受涌水伤害。这时独头上山附近空气因水位上升逐渐压缩，能保持一定的空间和一定的

16

空气量。煤矿井下人员万一来不及全部撤到安全地点，而被堵在其他巷道内，应保持镇静，避免体力的过度消耗，并想法与外界联系，告诉被堵人员所处的位臵 。

（2）避灾路线

附避灾路线图

2、应急措施

（1）、各级领导应准确地检查煤矿井下人员，如果发现尚有人员被堵于煤矿井下，应首先制定营救措施。为此，要判断人员可能躲避的地点，根据涌水量和排水能力，估计排除积水的时间，当判断有人被堵于独头上山时，必要时可以通过各种方式或从地面打钻孔向被堵人员所处的位臵输送食物等。

（2）、立即通知泵房人员开启备用水泵，尽可能将水仓水位降到最低程度，以争取较长的缓冲时间。

（3）、水文地质人员应分析判断突水来源和最大突水量，测量涌水量大小及其变化，察看水井及地表水体的水位变化，判断突水量的发展趋势，采取必要的措施，防止淹没矿井。

（4）、在条件允许的情况下，在水仓进口处的大巷内分段建筑临时挡墙，使其沉淀，减少水仓淤塞。在水泵龙头被堵塞时，应组织会水人员清除龙头上的杂物。

17

（5）、出现突然透水事故，尽量关闭水闸门，并查清人员是否全部撤出。

（6）、采取上述应急措施仍不能阻挡时，煤矿井下人员应向高处撤退，迅速向安全出口转移，安全升井。

上述内容如有不足之处或与规程相悖之处，遵照《煤矿安全规程 》及《探放水管理规定》等有关规定执行。

附图:

工作面单孔设计钻孔布臵示意图

孔口管安装示意图

孔口钢管、挡板示意图

18

会 审 表

19

20