矿井探放水设计
Xxxxxxxx煤业有限责任公司
矿井探放水设计
第一章 井田自然概况
一、 交通情况及地理位置
Xxxxxxxx煤业有限责任公司位于xx市怀仁县，大同市左云县境内，东距XX县城11Km，行政区属怀仁县。
井田东南8km处有北同蒲铁路及大运公路通过，并有铁路专线与之相连，西南有左云至X县公路通过，村与村之间有乡镇公路通过，交通十分方便。井田南北长6.5km，东西宽5.5km，面积17.0634km2，批准开采山4，2、3、5、8号煤层，生产规模3.0Mt/a,批准开采深度由+1395m~+830m标高。
二、 地形地貌
本井田位于XX煤田中部东南边缘，为中低山区，地势大致西北及东南边缘高，特别是东部由于受地质构造影响，形成石灰岩单面山。最高处位于西北小湾湾山顶，标高达+1552.60m，最低处位于楼子沟内，标高为+1245.00m，相对高差307.60m，沟谷发育，地形复杂。
三、气候特征
本井田属中温带干旱大陆性气候，据怀仁县气象局2001-2008年资料：
1、气温：年平均气温8.1-9.5℃，季温和日夜温差显著，自当年11月起至翌年3月为寒冷冰冻时间，最大冻结深度为1.46m，月平均气温-10.6-4.6℃.自4月份温度回升，5-9月份气候温暖，月平均气温15.2-25.0℃，极端最高温度39.0℃，极端最低气温为-26.3℃。
2、降水量：年降水量295-449.1mm，平均年降水量370.3mm。降水多集中于6-9月份，占全年降水量65-86%。
3、蒸发量：年蒸发量1724.2-2366mm，多集中于4-8月，占全年蒸发量63%-68%。蒸发量为降水量的5.8-5.2倍。
第二章 井田地质构造
本井田基本为一走向北东，倾向北西的单斜构造，并伴有宽缓的褶曲。井田内地层产状比较平缓，倾角3°-12°,一般5°-10°，东南部边缘较陡，局部达60°。
1、断层
本井田断层均为正断层，绝大部分沿北西向展布，在井田内及边界附近共发育11条断层。本井田断层较发育，但F1、F2、 F7、 F9、F10等断层处于边界或界外且在井田内延展长度不大，对本井田影响不大；F3、F8断层延展长度大，落差大，但也处于边界附近，基本控制着本井田的南北边界，对井田的开拓有一定的影响。
2、褶皱
井田内地层产状平缓，基本为一单斜构造，同时发育一些宽缓的褶曲，对井田开拓影响不大。
3、岩浆岩
井田内岩浆活动主要为辉绿岩墙和煌斑岩墙的侵入，侵入的最新地层为侏罗系。在南部边界外可见NE向的辉绿岩墙切穿NW的，辉绿岩墙，说明NE向的辉绿岩墙侵入时期要晚于NW向的辉绿岩墙。据野外和井下观察，岩墙本身对煤层的影响不大，一是规模小，最厚不超过4m，二是岩墙对周围煤层破坏作用不大。岩墙对煤层的开采有一定的影响，但对煤层的破坏作用不大，对井田开拓影响不大。
第三章 矿井水文地质
一、水文地质
1、地表水对开采煤矿的影响
本井田位于干旱、半干旱气候区，无常年地表迳流水体，降水量少，而且主要集中在7、8月份，沟谷雨季洪流受地形地貌控制，利于径流排泄而不利于对地下水入渗补给，对煤层的开采影响很小，仅为间接充水因素。由于矿山多年的开采，在地表形成塌陷及采空地裂缝，大气降水在沟谷中形成洪水通过塌陷裂缝可以进入矿井，从而逐渐成为直接充水因素。
2、开采3、5号煤层时采动对上覆煤层及地表的影响 现根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》计算3、5号煤层开采所产生的导水裂隙带高度：
Hli∑M=+5.6 1.6∑M+3.6100
Hm=∑M4.7∑M+19100+2.2
式中: Hli——导水裂隙带（m）
Hm——冒落带（m）
M——累计采厚（m）
3号煤层平均厚度10.52m，放顶煤一次采全高，计算后导水裂隙带为57.09m，冒落带高度17.57m。
5号煤层平均厚度10.00m，放顶煤一次采全高，计算后导水裂隙带为56.62m，冒落带高度17.35m。
井田首采区域内3号煤层上距地表约280m，5号煤层上距地表约220m，导水裂隙带高度和冒落带高度均小于3号煤层、5号煤层距地表的距离，因导水裂隙带和冒落带导通地表水的可能性较小。
3号煤层上距2号煤4.4m，5号煤层上距3号煤层10.52m，导水裂隙带高度和冒落带高度均大于各煤层间距，故采空区积水有可能通过导水裂隙带和冒落带导入3号煤层和5号煤层，开采过程中应加强注意。
c、计算结果分析
采空区积水是本矿煤层开采最大隐患，如果处理不当，会造成矿井透水事故，对此应引起有关方面高度重视。根据矿井采空区积水积气报告，在矿井先期开采地段，3号煤和5号煤上部均无采空区积水，且水文地质条件不属复杂，因此符合“煤矿安全规程”第68条之规定，可采用放顶煤开采。
虽然按照计算结果开采3号、5号煤层时不会导通地表水，但在隐伏大断层或陷落柱地域，也有可能沟通上伏积水，因此在掘进、回采过程中应坚持探水工作。必须及时对地表裂隙、沟、低洼处用黄土进行填埋并夯实，且在附近最低处设置排水沟将地表水引至附近排水渠中，若无法设置排水沟，则在最低处设置潜水泵及时将地表水排放掉，防止雨季地表水渗透或涌入到井下工作面，引发水患。
3、构造对煤层开采的影响
井田断裂构造较为发育，受补给条件控制，断层本身的含水性并不强，但北西向断层组以张扭性结构面为主，具导水性质，矿方介绍，巷道通过断层，越向西，突水现象越明显。F3断层上盘8、9号煤层已经与下盘奥陶系灰岩对接，虽然截至目前F3断层在巷道穿越时未发现有涌水现象，但依据该断层的正断层属性，存在导水的可能，需警惕奥灰水沿着构造裂隙薄弱带突入矿井，造成突水事故。
4、古空区、采空区积水
据调查，井田内山4号煤层采空区未发现有积水现象。井田中部3号煤层采空区发现有2处积水，5号煤层有1处积水，自2003年6月始，本矿对这几处积水 用井下打钻孔的方法进行了排放，截至2009年11月底，共计外排水量705710m3，具体情况见下表。
采空区积水量估算结果表
二、矿井周边 XXXXX任公司东临怀仁中能XX何家堡煤业有限责任公司，东北与XXXXXX煤业有限公司煤矿相接，西南与XXXX煤矿相邻，西邻XX运销集团东沟煤业有限责任公司，西北与XX运销集团XX煤业有限责任公司相接，北与XXXX相接。
1）怀仁中能XX何家堡煤业有限责任公司
据调查，该矿与本矿之间未发现有越界开采现象，靠近
本井田区域有一采空积水区域，积水面积约9万m2，积水量约10万m3；2、3、5号煤层均发现有火区，未发现有积气区。
2）XX煤业有限公司
据调查，该矿与本矿之间未发现有越界开采现象，靠近本井田区域未发现有积水区，2、3、5号煤层均发现有火区，未发现有积气区。
3）XX煤矿
据调查，该矿与本矿之间未发现有越界开采现象，靠近本井田区域未发现有积水区、火区和积气区。
4）XX集团XX煤业有限责任公司
据调查，该矿与本矿之间未发现有越界开采现象，靠近本井田区域未发现有积水区、火区和积气区。
5）XX焦煤矿二号井
据调查，该矿与本矿之间未发现有越界开采现象，靠近本井田区域未发现有积水区、火区和积气区。
6）整合XX煤业有限责任公司，据2010年小窑调查，该矿8#有火区2处积水区2处，积水区积水量分别为22000m3及15000 m3。
5、地下水对煤层开采的影响
现对各煤层带压区奥灰水的突水系数计算如下：
计算公式TsP
M
式中：Ts—突水系数
P—隔水层承受的静水压力(Mpa/m)
P=（H0-H1+M）×0.0098
M—底板隔水层有效厚度（m），取奥陶系顶面至煤层底板的地层厚度
H0—奥灰岩溶水位标高（m）
H1—煤层底板最低标高（m）
根据经验，取0.10MPa/m为正常地段临界突水系数值。取0.06 MPa/m为受构造破坏地段临界突水系数值。
突水系数计算结果见下表
井田内奥灰水位较高，2009年115勘查院根据最新资料所做区域水文地质图，从图中查得本井田奥灰岩水位标高在+1160m左右，从表中可以看出，各煤层突水系数均小于全国突水实际资料值正常段0.1，8、9号煤层大于全国突水实际资料值受构造破坏段0.06。所以正常地段开采各煤层基本不受奥灰水的影响，在受构造破坏地段附近开采8、9号煤层存在一定的突水的危险。
突水系数计算结果
本井田实际情况为：在断裂构造部位，由于岩石破碎，隔水层的强度将大大降低，隔水层厚度也将缩小， 8、9号煤层的实际突水系数将远远大于上述计算值，甚至可能还会影响到5号煤层的开采。由于断裂破碎带往往是岩溶水强迳流带，岩溶水容易以溃入的方式进入矿井，其危害巨大，应特别引起关注。
6、矿井涌水量预测
1）平硐涌水量预算：
XX矿平硐穿越寒武、奥陶系灰岩，据矿方介绍，涌水极小，基本可忽略不计。
2）矿井涌水量预算
本矿经过长期的开采，煤系地层地下水的补给、排泄已基本平衡。经向矿方了解，过去开采过程中最大涌水量小于1500m3/d。由于收集到的排水记录仅一个月，时间较短，为
保证矿井安全，考虑到雨季及产能提高因素，预算矿井开采正常涌水量为1000m3/d，最大涌水量为2000m3/d。
二、矿井水文安全条件评价
根据矿方提供的XX省煤炭工业局晋煤规发[20XX]5XX号文件“关于山西怀仁中能XX煤业有限责任公司兼并重组整合矿井地质报告的批复，XX煤炭地质XX勘查院于XX年X月提交的《XX有限责任公司兼并重组整合矿井地质报告》及《XX煤业有限责任公司采（古）空区积水、积气及火区调查报告》，对矿井水文地质做了初步评价， 根据2009年《煤矿防治水规定》中煤矿矿井水文地质类型表的划分，本井田水文地质类型为中等—复杂。矿井水文地质类型见下表
XX煤矿09年11月份排水记录
矿井水文地质类型
第四章 探放水设计
一、设计依据
1、煤矿安全规程“有掘必探，先探后掘”的规定。
2、煤矿各工种操作规程。
3、XX文件“有掘必探，先探后掘”的规定。
二、探放水设备选择
探放水设备选择依据及设备型号及数量为预防突水事
故的发生，设计选用 ZYJ1200/300架柱式液压回钻机2台，配用泵站电机功率30KW。
三、钻探施工设计
探水钻孔的超前距、允许掘进距离、帮距的确定。
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很少，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。即扇形布置的最外侧探水孔所探制的范围与巷道帮的距离。
结合本矿的实际情况，超前距与帮距相同均为30m。允许掘进距离为100米。
四、探放水方案
1、探放老空水
探放老空水应采用深孔、中深孔和浅孔相结合的方式，如所示
深孔、中深孔和浅孔相结合探放水示意图
深孔； 2-中深孔； 3-浅孔
A1、A2-第一二次超前距； B1帮距；C1、C2第一二次孔间距D1、D2-第一二次允许掘进距离
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，然后再沿煤层钻进时，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。
由于我矿是中厚煤层，故探放水钻孔的布置应根据前面；
的开采情况，不仅平面上成扇形，而且剖面上也应为扇形，以防漏掉老空巷道。
2、探放断层水
探放断层水的方法和步骤：探放断层水和方法和步骤同探放老空水大体相同，但是，探水钻孔的孔数比探放老空水的要少一些。钻孔的布置根据探查目的按以下布置：
1）工作面前方已知或预测有含水断层：按照下图一般先布1号孔，尽可能一钻打透断层，然后再分别打2号和3号孔，以确定断层的走向、倾向、倾角和确定断层的落差及两盘对接关系，其中至少应有一个孔打在断层与含水层的交面附近。
平面图1#
剖面图
2）隔水煤柱厚度处于临界值时，对掘进工作面有无断层突水危险进行探查时，一般沿巷道掘进方向打三个孔，尽量打深，力争一次打透断层，否则必须留足超前距，边探边
掘直至探明断层的确切情况，再决定具体的防治水措施。
1-1
2-13-1平面图
3）巷道实见断层，探查在采动影响后无断层突水危险性时，一般应向下盘预计采动影响带打1号孔，探明断层带的含水和水压水量等情况，若有水，采后就很可能突水若无水则还应向预计采动带以下打2号孔，然后根据具体条件分析有无突水的可能性和采取相应的措施。 1
#
2#
剖面图
3、探放陷落柱水
在探放陷落柱水钻孔的布置及施工中，应注意以下一些问题：
1）水压大于2Mpa的陷落柱原则上不沿煤层布孔，而应布在底板岩层中，因为沿煤层埋设的孔口安全止水套管，很可能被高压水突破。
2）严格执行钻孔验收和允许掘进距离的审批制度。
3）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。
4）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。
5）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 水性和底板强含水层水的导升高度。
6）要提高岩芯采取率，及时进行岩芯鉴定，做好断层破碎带和陷落柱的分辨工作，编制好水文地质图表。
4、探放含水层水
钻探是目前探查的主要手段，井下探断层水的钻孔，大部分与起到探含水层的作用，因此探断层水可以和探含水层水相结合，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。
1）石门揭露含水层之前，应按要求预留超前距，布置扇形钻孔进行超前探水。
2）在开拓井巷之前，回采导水裂带可能破坏顶板含水层时，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量、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力联系，且采区有足够的排水能力时，可在采区最低部位首先回采，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。
五、安全技术措施：
1、排水设备的维护
(1)经常检查轴承和绕组的温升。
(2)检查排水设备坚固螺丝是否齐全，坚固电机地脚是否松动。
(3)经常检查各防爆面有无锈蚀，并定期涂防锈油。
(4)保持排水管道严密不漏水。保持正常排水。
2、水沟、水仓的管理
(1)水沟、水仓中的淤泥要及时清理，确保排水畅通。
(2)认真搞好水仓、水沟、日常工作。
(3)按时在工作地点交接班
(4)经常检查主副水仓清挖情况及专用工具防护用品、灭火器材的存放情况
3、巷道维护
(1)经常检查巷道护邦支护有无松动。
(2)每班开工前必须检查探水工作面，顶板有无离层现象，发现后及时处理， 支护材料质量必须符合煤矿安全规程要求。
4、瓦斯检查
(1)建立严格的瓦斯检查制度，每班至少检查三次。
(2)瓦斯员要能全面了解探水区域的通风措施，风流变化，瓦斯含量情况。
(3)每班检查结果要认真填写在手册和瓦斯牌板上。
(4)发现瓦斯浓度超限，要责令探水人员立即停止工作，撤出人员进行处理。
5、通讯方法
探水工作面各安装一部专用电话，直通调度指挥中心。
6、钻孔放水措施
(1)钻孔放水前必须在栏板外面加设顶柱或木杠。必要时还应在顶底板坚固地方砌筑放水墙，然后方可打开放水。
(2)钻孔放水时必须设专人监视钻孔出水情况，测定水量、水压并做好记录， 遇到水量突然变化时，必须进行处理并及时汇报调度室。
(3)用不透水材料设置防水墙。防水墙要有足够的强度，不移位、不变形，构筑时预插注浆管、放水管和水压表。
(4)在巷道内安设防水闸门。构筑时对四周岩层注浆，做耐压试验。
(5)套管深度10m，并用钢槽焊接，用锚杆锚固，再用木杠顶牢。
六、探放水设计原则
1、严格执行探放水制度，坚持"预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采"的探放水原则。
2、探水与掘进相结合，即探水——掘进——探水循环进行，当探水钻孔为巷道探明了一段安全距离后，巷道即向前推进一段，然后再探水，探水孔的终孔位置始终保持超前掘进工作面30m距离。
3、探水时必须确定探水线，进行探水，当巷道掘进到此线时，必须开始探水。
4、周边矿井的积水区、含水断层可能出水的钻孔等，往往是通过分析、调查、老资料推测划定的，所以含水体的具体位置及水文地质情况不可能绝对准确，为安全起见，这些地区都必须合理的确定探水线进行探水。
5、钻孔超前钻探130m，掘进面前进100m，预留钻孔距30m。
6、钻孔要呈扇形布置，孔眼数目布置不少于5一7个。
7、钻孔位置由测量和负责探放水人员亲临现场，共同确定钻孔方位、倾角、钻孔数目以及钻探深度。
8、开孔位置应选择在层位比较完整坚硬的地方。
七、钻机安装及钻探操作安全技术施
1、钻机严格按其操作使用说明书安装，并由电修工调试运行后方可交付钻探人员使用。
2、钻机必须稳牢，其立柱绝不可有松动现象，否则不得开钻运行。
3、泵站油量适中，并经常检查油位，油量不足及时补油，严禁欠油运行。
4、预计前方水压较大时，打探前，必须先安装好孔口管和控制闸阀，并进行耐压试验，孔口管与孔壁间必须灌注水泥浆固定，达到设计承受水压后，方可钻探，并制度撤人的避灾线路。
5、为防止钻孔沟通各含水层，在回采或掘进工作面接近钻孔前应检查封孔质量，对于未完全封闭或不合格的钻孔应采取措施防止通过钻孔导水涌入井下。
6、钻孔打入老空水后，单孔出水量通过阀门控制在50m3/h以内，老空水放完时的标准必须有两个以上在原出水孔下方的钻孔证实无水时，方可结束放水 工程。
7、完工的钻孔必须用黄土和砂浆封堵严密，靠孔口5m长度采用水泥砂浆封孔，其余部分用黄土填实。防止出现有害气体从钻孔溢出或生产区与老空区间漏风等现象。
8、钻进时，发现煤岩松软、片邦、来压或钻孔中水压、
水量突然增大，以及有顶钻等异常状态时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人员应立 即向调度室报告，并派专人监测水情。如果发现情况危急时，必须立即撤出所有受威胁地区的人员，然后采取措施进行处理。
9、如发现钻孔内水压过大时，应采用反压和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。
10、探水过程中必须有瓦斯员或矿山救护队员现场值班，检查空气成分，如果瓦斯或其它有害气体超过规程规定时，必须立即停止打钻，切断电源，撤出人员，并报告调度室采取措施，进行处理，钻孔必须用黄土填实，孔口用水 泥砂浆封堵。
11、钻孔放水前必须在栏板外面加设顶柱或木杠。必要时还应在顶底板坚固地方砌筑防水墙，然后方可打开钻孔放水。
12、钻孔放水时必须设专人监视钻孔出水情况，测定水量、水压并做好记录。遇到水量突然变化时必须进行处理并汇报调度室。
13、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，只准打钻孔探放水。探放水时必须撤出探水点以下部位受水害威 胁的所有人员。探放水孔必须打中老空水体并要监视探放水全过程，一直到老 空水放完为止。
14、封孔必须采用黄土、炮泥、以及水泥等进行封孔。
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生产科