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1、关于煤矿探放水安全技术基础知识(上)第一页，本课件共有96页矿井水害灾已成为仅次于瓦斯的煤矿第矿井水害灾已成为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，有着重要的矿井水害对实现煤矿安全生产，有着重要的现实意义。现实意义。第二页，本课件共有96页近近1010年来我国煤矿水害基本情况年来我国煤矿水害基本情况 在过去的在过去的1010年里，共发生各类矿井水害事故年里，共发生各类矿井水害事故14001400余起，死亡近余起，死亡近60006000人
2、，经济损失高达人，经济损失高达3535亿元人民币。每生产百万吨原煤因水害死亡达亿元人民币。每生产百万吨原煤因水害死亡达0.3750.375人，其中作为中国主要煤炭生产基地人，其中作为中国主要煤炭生产基地的华北华东地区受水害威胁的煤炭资源占已的华北华东地区受水害威胁的煤炭资源占已探明资源量的探明资源量的2727。第三页，本课件共有96页王家岭透水事故分析王家岭透水事故分析第四页，本课件共有96页事故案例事故案例时间：时间：20102010年年3 3月月2828日日1414时时3030分许分许事故单位：华晋焦煤有限责任公司王家岭煤矿事故单位：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
3、境内地点：山西省乡宁县和河津市境内人员：事故发生时井下人员：事故发生时井下261261人作业，人作业，108108人升井，人升井，153153人被困，其中人被困，其中115115人获救，人获救，3838人遇难人遇难。透水水源：老空水透水水源：老空水 第五页，本课件共有96页 原因：原因：没有没有严格执行煤矿防治水规定，水文地质情严格执行煤矿防治水规定，水文地质情况未查清，没有严格执行况未查清，没有严格执行“先探后掘、有疑必探先探后掘、有疑必探”的规的规定，劳动组织管理混乱，安全培训不到位。为了赶工期、定，劳动组织管理混乱，安全培训不到位。为了赶工期、赶进度，当班安排赶进度，当班安排1414个掘
4、进队同时作业，作业人员过度个掘进队同时作业，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，特别是实；隐患排查治理不力，特别是20102010年年3 3月份以来月份以来该该工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、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
5、生的、完全可以避免的事起明显的责任事故，是一起不该发生的、完全可以避免的事故。故。事故搜救耗资超过事故搜救耗资超过1 1亿元。亿元。第六页，本课件共有96页井下探放水技术工艺井下探放水技术工艺本章培训与考核要点：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 第七页，本课件共有96页第一节第一节 井下探放水的相关规定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
6、全方法将水体放出。第八页，本课件共有96页煤矿安全规程煤矿安全规程对井下探放水做了如下规定：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。第九页，本课件共有96页 （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
7、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。第十页，本课件共有96页（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。第十一页，本课件共有96页（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，进行耐压试验试验，达到设计承受的水压后，方准继续钻进。（6）钻孔
8、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。第十二页，本课件共有96页（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
9、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。第十三页，本课件共有96页（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。第十四页，本课件共有96页第二节
10、第二节 井下探放水设计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。第十五页，本课件共有96页一、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
11、头等。第十六页，本课件共有96页（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。第十七页，本课件共有96页 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。
12、第十八页，本课件共有96页二、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。第十九页，本课件共有96页三、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
13、一段的安全距离，这段距离简称超前距。允许掘进距离超前距离帮距安全外围线外斜眼终孔位置第二十页，本课件共有96页（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第二十一页，本课件共有96页探水超前距离经验数据表探水超前距离经验数据表水头高度m水头高度m水头高度m水头高度
14、m5050504m，宽3m1、开孔在岩石完整长度按需要。地段，终孔到断层带斜孔：后高按倾角定，2、在开采影响范围外宽3m，长度按需要。考开机房，并加强支护虑水泵与钻机分别启动泵的压力大于水压1.5倍2钻机距水压大小选好钻机型号，设底梁木，打压柱，固定好提引天轮。提引天轮要进行拉力试验，检查并松掉周围浮石，设好背板。第八十四页，本课件共有96页3深度：立孔3-4m，斜孔固结后必须扫孔，扫孔应5-7m，直径不小于146mm超过原孔深0.5m，压水检钻进并固结壁外注浆固结，直至水查质量、压力由设计确定第一层止水套管针冒浓浆，管口焊接法兰盘，以便与二层套管及水门密封连接。4深度按设计，直径不小固结扫孔
15、后，压水检查的于108mm，注浆时用二层套管压力应大于静水压力的钻进并固结的法兰盘间隙返浆后，拧紧1.2-1.5倍。第二层止水套管螺丝密封加压。5测水压、水量下好第一层套管后，孔内每钻进5-10m。如有水，即应测定一次水压、水量。6安装孔口发现水压、水量有明显加大操作时严防猛松逆止阀手防喷逆止阀装置趋势时，立即安装。把。7透高压含水层前，检查用钻孔绞车加压或用“倒链注意检查提引天轮和反压加固钻机和孔口安全装”加压装置各部件，防止拉跨或置，安设孔口反压设备断绳8安设使用双水门揭露含水层水压大于2MPa时确保各部件的密封性能，必须安装双水门，以防高压严防高压泄露水失控9组织放水试验观测疏水降压趋势
16、，按放水试验要求取全参数，计算确定动、静储量，分析补给条件第八十五页，本课件共有96页（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、
17、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。第八十六页，本课件共有96页第七节 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）第八十七页，本课件共有96页第八十八页，本课件共有96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可供试用的仪器设备（书图168-169页）第八十九页，本课件共有96页2.P-S2.P-S2.
18、P-S2.P-S波长距离构造探测技术波长距离构造探测技术波长距离构造探测技术波长距离构造探测技术P-SP-S波长距离超前构造探测主要检测地震波中反射回来的波长距离超前构造探测主要检测地震波中反射回来的波长距离超前构造探测主要检测地震波中反射回来的波长距离超前构造探测主要检测地震波中反射回来的P P波波波波和和和和S S波并分析预报地质构造，能方便快捷预报采掘工作面波并分析预报地质构造，能方便快捷预报采掘工作面波并分析预报地质构造，能方便快捷预报采掘工作面波并分析预报地质构造，能方便快捷预报采掘工作面100-100-150150米深处煤岩内的地质异常情况。米深处煤岩内的地质异常情况。米深处煤岩内
19、的地质异常情况。米深处煤岩内的地质异常情况。3.3.无线电波透视系统无线电波透视系统该该该该系系系系统统统统是是是是利利利利用用用用电电电电磁磁磁磁波波波波在在在在介介介介质质质质中中中中的的的的传传传传播播播播特特特特性性性性，探探探探查查查查矿矿矿矿井井井井煤煤煤煤层层层层地地地地质质质质目目目目标标标标的的的的仪仪仪仪器器器器（简简简简称称称称坑坑坑坑透透透透仪仪仪仪）。系系系系统统统统适适适适用用用用于于于于探探探探测测测测矿矿矿矿井井井井回回回回采采采采工工工工作作作作面面面面或或或或钻钻钻钻孔孔孔孔之之之之间间间间的的的的地地地地质质质质构构构构造造造造，如如如如断断断断层层层层、
20、陷陷陷陷落落落落柱柱柱柱、火火火火成成成成岩岩岩岩、煤煤煤煤层层层层厚厚厚厚度度度度变变变变化化化化、瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯富富富富集集集集区区区区和和和和突突突突水构造等。水构造等。水构造等。水构造等。第九十页，本课件共有96页三、井下注浆封孔、堵水常用的仪器与设备（书图170页）第九十一页，本课件共有96页第九十二页，本课件共有96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
21、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
22、孔。第九十三页，本课件共有96页一、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）需要长期保留的观测孔、供水孔或其他专门工程孔，必须下好止水隔离套管。套管和孔壁之间的环状间隙要用优质水泥注浆固结。（6）已下套管的各类钻孔，不用之前，也应
23、按上述（1）、（2）、（3）条的要求加以封孔。（7）所有钻孔，孔口均应埋设标志，并应有测斜资料，便于确定不同深度的倾斜位置。一旦需要时，利于采取措施。第九十四页，本课件共有96页二、导水钻孔的调查与分析步骤历史上已有的钻孔有无导水威胁，需要认真调查分析，其步骤如下：（1）绘制钻孔分布图，将过去有关部门打的各类钻孔都准确地标定在图上。尽量收集到柱状图、封孔止水资料、孔口标高和坐标、测斜数据以及其他有关资料，以便准确定位。没有坐标、标高的钻孔，应从旧图纸或对照现场地形地物确定位置，反求坐标，便于查找。（2）按照表（书172页）的要求，建立钻孔止水质量调查登记表，分析确定有怀疑的导水钻孔，并将其标到有关的采掘工程平面图和储量图上，圈定警戒线和探水线，以引起重视。（3）编制含水层等水压线图，结合出水点和矿井涌水量变化规律，分析高水位区或低水位区形成的原因和条件，判断是否有导水钻孔。第九十五页，本课件共有96页感感谢谢大大家家观观看看第九十六页，本课件共有96页