副斜井探放水安全技术措施.docx

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副斜井探放水安全技术措施

编号：

FJ-26

副斜井探放水安全技术措施

2013年6月8日

一、矿井概况

山西古县金谷煤业有限公司经原山西古阳桥头煤业有限公司和山西古县黑金谷煤矿有限公司兼并重组整合而成，整合后设计生产能力为60万吨/年，井田面积8.5062km2，批准开采2#、9#、10#和11#煤层。

本次施工井筒工程由主斜井和副斜井两个井筒构成，均属为新凿井筒，表土及风化基岩段20米双层钢筋砼支护和基岩148米锚喷段，设计底标高由894～850.518m。

二、水文地质概况

1、地质情况

本井田大地构造位置位于吕梁—太行断块沁水块坳郭道-安泽近南北向褶带的中西部边缘地带，霍山隆起的东侧，西与太岳山坳缘翘起带接壤，属沁水煤田霍东矿区范畴。

总体为一倾向南东的单斜构造，地层倾角一般7-15°，井田内发育3条褶曲、1条断层、5个陷落柱，无岩浆活动，构造复杂程度属简单类。

区内地层出露较好，自东北向西南由老而新依次出露：

石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组、二叠系上统上石盒子组，第四系主要分布于山梁、山坡和沟谷。

2、地层分布情况

根据图纸井底落底标高对照ZK302和ZK301、401、402钻孔柱状图分析本次施工所经地层由上至下依次为太原组二段K2砂岩→K2石灰岩→太原组一段9#煤层→泥岩→10#煤层→泥岩→10#下煤层→泥岩→砂岩→11#煤层→最后落底于K1铝土质泥岩顶。

⑴、K2砂岩：

颜色为灰白色，细粒结构，水平层理，含黑色条带，钙质胶结，分布有云母片，平均厚度约为4.06米。

⑵、K2石灰岩：

颜色为深灰色，岩心完整，含蜓类化石，裂隙发育，有方解石脉充填，局部有铁染现象，平均厚度约为8.59米。

⑶、9#煤层：

黑色，粉末状，夹少量煤块，亮煤为主，煤质较好，不含夹矸，厚度变化不大，平均厚度1.00米，结构简单，局部（ZK501、ZK1、ZK2号孔）与10号煤层合并，顶板为泥岩、砂质泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩。

属赋煤区稳定大部可采薄煤层，本煤层基本未开采，但在井田西部局部有蹬空。

⑷、10#煤层：

黑色，粉末状，夹少量煤块，亮煤为主，断口阶梯状，煤质较好，含0-3夹矸，厚度变化不大，结构简单，平均厚度1.20米，顶板为泥岩、砂质泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩。

属赋煤区稳定可采薄-中厚煤层，但在井田西部有以往小窑开采，采空面积不大。

⑸、泥岩：

颜色为灰黑色，岩心破碎，含植物根茎化石及黄铁矿结核，致密块状构造，平均厚度3.5米。

⑹、10#下煤层：

黑色，粉末状，夹少量煤块，半光亮型煤为主，平均厚度0.5米。

⑺、泥岩：

颜色为灰黑色，岩心较破碎，含植物根茎化石及黄铁矿结核，平均厚度5.38米。

⑻、砂岩：

颜色为灰白色，岩心完整，中粒-细粒结构，泥质-硅质胶结，含煤屑及植物根茎化石，平均厚度4.9米。

⑼、9#、10#煤层位于太原组下段中部，11号煤层厚度为1.00—1.700m，平均1.54m，含0-5夹矸，顶板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，底板为泥岩、铝土质泥岩、炭质泥岩、粉砂岩。

11号煤层厚度变化不大，结构简单。

11号煤层属赋煤区稳定可采薄-中厚煤层。

11号煤层在井田西部有以往小窑和桥头矿开采，采空面积不大。

11#煤层：

黑色，粉末状，夹少量煤块，光亮型煤为主，中间夹暗煤条带，含0-5夹矸，厚度变化不大，结构简单，平均厚度2.0米，顶板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，底板为泥岩、（先地板有滴水现象）铝土质泥岩、炭质泥岩、粉砂岩，属赋煤区稳定可采薄-中厚煤层。

但在井田西部有以往小窑和桥头矿开采，采空面积不大。

⑽、K1铝土质泥岩：

颜色为浅灰色，岩心块状不完整，手摸有滑感，平均厚度4.25米。

3、水文地质情况

根据金谷煤业地质报告资料矿井所采煤层水文地质类型属中等类型。

㈠、区内岩层含水性特征划分的含水岩组及含水层自上而下有：

A、第四系松散岩类孔隙含水岩组及其含水层

（1）全新统松散岩孔隙潜水含水层（Q4）

全新统仅呈窄条带状分布于泽泉河谷内及其支流下游，为河流沉积，岩性为粉土、砂、砂砾，厚度0～30m。

含水层为砂砾石、砂，由于厚度小，无好的隔水基底，富水性弱—中等孔隙含水层。

。

（2）上更新统松散岩透水不含水层（Q3）

上更系统仅零星分布于山梁、缓坡及沟谷两侧，以黄土为主，岩性为粉土、粉质粘土，厚度0～15.0m；其次，在泽泉河谷两侧局部有河流沉积，构成河谷二级阶地，岩性为粉土、砂、砂砾。

由于出露位置高，分布面积小，且不连续，故一般为透水不含水层。

B、基岩风化裂隙带含水层

由于基岩所处位置不同，风化裂隙强弱因地而异，水蚀作用的的深度不同，风化裂隙带深度一般60－100m左右，富水性变化大，据邻近村民饮用水井的调查资料，水量不大，能满足居民和牲畜饮用。

水位标高变化较大，水质类型：

HCO3·SO4--Na·Ca型水，属富水性弱的含水层。

C、上石盒子组（K10砂岩）含水层

地表泉水多为K10砂岩水，泉流量一般为0.20－0.87l/s，为富水性弱的含水层。

D、下石盒子组（K8、K9砂岩）含水层

由碎屑岩类的泥岩、砂岩组成。

主要含水层为K8、K9砂岩含水层，为2号煤层直接充水含水层。

钻孔所见岩芯裂隙不发育，钻进消耗量一般不大，据本井田ZK4水文孔抽水试验成果，单位涌水量0.0014L/s.m，混合渗透系数3.77×10-3m/d。

该含水层富水性弱，富水性与裂隙发育程度有关，水质属HCO3--Na型水。

为富水性弱的裂隙含水层。

E、山西组（K7砂岩）含水层

K7砂岩不稳定，常相变为粉砂岩，裂隙不发育。

钻进消耗量小于0.05m3/h，ZK3、ZK4和ZK401水文孔抽水试验成果，单位涌水量0.0012-0.10L/s.m，渗透系数1.59×10-3-0.1726m/d。

为弱富水性含水层。

F、上石炭统太原组（K2、K3、K4石灰岩）岩溶裂隙含水层

本组由碎屑岩夹碳酸盐岩组成。

主要含水层为K2、K3、K4石灰岩，为9、10、11号煤层直接充水含水层。

裂隙较发育，本井田据ZK402钻孔抽水试验成果，单位涌水量0.0013L/s.m，渗透系数2.3×10-3m/d，水质类型为HCO3•SO4-Na•Ca型水，矿化度0.379g/L，属富水性弱的溶隙含水层。

㈡、隔水层

赋存于石炭系上统太原组一段11号煤层以下的泥岩和中统本溪组的泥岩、铝土质泥岩、铁铝质泥岩厚22～30m左右，稳定性，连续性好，对下部奥陶系灰岩含水层和其上覆含水层有良好的阻隔作用。

石炭系上统太原组K5-K7砂岩之间的泥岩，粘土岩，泥灰岩总厚30-44m左右，稳定性，连续性好，对下部太原组（K2、K3、K4石灰岩）岩溶裂隙含水层与山西组K7及上覆砂岩裂隙含水层有良好的阻隔作用。

除此之外，二叠系各含水层之间也分布着大量泥岩、粉砂质泥岩，厚20-30m不等，它们对各含水层也有一定的阻隔作用，在无断裂贯通的情况下，各含水层之间不会发生水力联系。

4、矿井水害及防治措施

井筒开掘进中的主要突水威胁（老空水）一是顶板砂岩、灰岩裂隙水，水量不大，与季节性有关，对采掘影响不大；二是煤层老窑、采空区积水；三是地表水；四是断裂带、陷落柱水。

因此在掘进期间为预防发生透水事故以确保安全施工作业，本着“预测预报，有掘必探，先探后掘、先治后采”的探放水原则，特编制本次探放水措施。

三、技术要求

1、水源性质

根据推断地层分析预计水源主要为顶板砂岩、灰岩裂隙水、老空水、断层导水等。

2、探放水个数及钻孔布置

根据原矿井涌水量及本次施工所经地层岩性分析，本次副斜井探放水钻孔设计按一组5个孔设计，详见探放水设计方案及探放水平面图、断面图、剖面图（一个探巷道正前方、左右帮各探一个、及探顶及底板），呈扇形布置进行超前钻探。

施工中当探到断层（与煤时）时尽可能一钻打透断层，以确定断层（与煤）的走向、倾向和倾角来确定断层的落差及两盘对接关系；探到老空区时必须严格加强与井筒纵横交错巷道地点老空水的探放工作，根据实际情况加大钻孔组数的布置、方向及角度的调整；必须保证起到全方位探放水作用。

3、超前距

探放水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面的一段距离，为每次探放水钻孔施工完毕之后，以最短的钻孔长度减去超前保护距离之后剩余的距离。

设计探水钻孔长度100m，减去超前距30m后，允许掘进距离为70m。

4、帮距及顶底板

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，即呈扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离，其值一般与超前距相同，有时可略比超前距小1～2m，本设计取20m。

巷道顶底板岩性分别为灰岩和砂岩泥岩互层，因此本设计取20m。

5、探放水设备

设备选型：

探放水施工煤矿坑道选用一台ZLJ-850钻机3NB75/2-4型泥浆泵，配合Φ110mm和Φ94mm硬质合金球齿型钻头，Φ55mm钻杆钻进，钻杆每节长1.0m，钻杆数量120根。

全部使用水力排粉，钻孔均采用无芯钻进。

如生产需要，可采用取芯钻头，服务生产。

6、探放老空水

（1）在遇到老空区时探放老空水的钻孔，应成组布设，在平面上呈扇形，各孔终孔垂距不得超过3米。

（2）距老空不足20米，出水象征明显，打钻有危险时应另找安全地点探放水。

（4）在探放采空区积水时，应先布深孔放水，降低水头压力，同时向巷道前方的上、下、左、右、中打控制放水孔，防止因断层位移意外接近积水。

（5）巷道必须在确认钻孔已疏干的前提下，方可在钻孔放水标高以上掘透老空，进入老空后遇有完整煤壁应继续探水。

（6）探放水必须安装孔口安全套管，安设牢固后，需要按实际水压1.5—2倍的压力顶水试压，合格后方可钻进，并经常检查。

（7）探水钻孔、套管以里的孔径不大于58mm，探水眼开孔应上、下错开，同时要将已竣工的钻孔用木塞封闭。

（8）孔口安全水门，要根据水压大小和水质选用高、中压和耐腐蚀的水门。

长期疏放或控制有腐蚀性水时，套管、水门要定期检查、更换。

7、钻孔探水施工工艺

⑴开始钻探每次开车前首先检查钻机是否安装平稳，固定牢固，油箱按标准油面离油口10mm加满30#或46#抗磨液压油。

⑵接上电源，点动开关，检查电机转向与指示方向是否一致。

⑶松开紧固回转器上4个螺母，将回转器旋转到钻进位置后锁紧松开的4个螺母，固定好回转器。

⑷将离合手柄放到离的位置按下开关，操作卡紧手柄，检查压力表压力应5MPa～6MPa之间。

⑸液压卡盘操作手柄旋转在松开位置，松开卡爪，量取钻孔角度，调整钻机角度，使其与钻孔设计角度相符，放入钻杆，并接牢钻头及提引器（水接头）防止在旋转时松动，接上压力水源（1.5MPa）方可开钻。

⑹合上离合手柄，接通开关，开始操作钻孔，钻完一个行程400mm后，关闭电源，将离合手柄分离后接通电源，松开卡爪，并操作给进油缸手柄退回油缸后，再次卡紧钻杆，合上离合手柄后接通电源完成一个钻进程序后可进行下一次钻进。

当一根钻杆用完后，应断开电源，接上一根新钻杆重复以上操作程序，依次类推直至打到设计深度为止。

⑺钻孔打成后不要立即拔出钻杆，开机送水将孔内岩（煤）粉冲洗出来，待孔内回水逐渐变清后开始拔钻杆，拔钻杆时可利用钻机旋转后退方法，当退出第一根钻杆后，停机关水，卸开钻机于钻杆、钻杆与钻杆之间的接口，取下第一根钻杆，退出第二根钻杆，用人工方法拔出钻杆时两人用管钳卡住钻杆用力往后拔，拔出一根卸下一根，直至把钻杆全部拔出。

⑻操作完毕后要闭锁钻机开关，将拔出的钻杆放到规定位置摆放好。

四、探放水施工安全技术措施

1、探水安全技术措施

⑴探放水作业前，必须先加强钻场附近巷道支护，每处钻场周围巷道要加密支护，确保巷道无空顶，空帮，帮顶必须背牢刹实，并在迎头设置好一牢固的“十”字档，防止迎头突水伤人，以保证钻探施工人员的人身安全。

⑵清理好巷道，保证有畅通的安全退路。

⑶距探水作业点10米左右设一防爆电话，能及时汇报。

⑷在开始进行探放水施工作业时，该点标高以下巷道内严禁有人从事任何作业。

⑸在探放水施工作业前，必须将井筒内的电器设备设施吊挂稳固，以防水淹设备设施等事故的发生。

⑹检修好排水设备，详细检查施工设备，用具是否齐全，有无失爆现象，发现问题及时处理，并试运转无异常后方可进行钻孔施工，钻孔施工期间本巷道不得从事其他工作。

⑺事先必须组织施工人员认真学习探放水作业规程和安全措施，并熟悉避灾路线。

⑻钻探现场安全员、瓦检员、监督钻场安全工作。

加强作业点附近20米范围内瓦斯检查工作，只有在瓦斯浓度在0.5%以下或其他有毒有害气体浓度在规定的范围内才能进行正常施工作业。

⑼探水人员要细心操作，并密切观察钻进情况及巷壁变化情况，发现异常必须及时汇报或采取有效措施进行处理。

⑽探水人员要根据钻进变化，作出正确判断，如钻进中钻杆突然感觉轻松或顺杆往外流水量增加，说明接近或打穿积水空区，这时绝不能抽出钻杆，应停止钻进，将钻杆固定，详细检查，监视水情，报告矿调度室。

⑾瓦斯超限有害气体涌出时，应立即停止钻进，切断电源，加强通风，及时汇报。

⑿各作业班必须把探水打钻的情况如实地填写在登记薄上，严格执行现场交接制度，探到设计规定的距离，经验收后才可恢复掘进，当掘进到规定的超前距离时，必须停掘，再继续打钻探水。

⒀探放水中发现异常情况，应立即撤出探水作业人员以及临近受影响区域的人员。

并立即汇报调度室。

放水时应有专人观察并测定涌水量，加强探水地点通风，经常检查瓦斯浓度的变化。

⒁钻孔编号、角度、方位、深度等必须在现场作好原始记录，并填写好探放水牌板。

⒂施工中应根据实际情况及时调整钻孔各项参数，并于每次探水前签发探放水通知单。

2、探放水老空水安全技术措施

（1）流水路线保证畅通，排水能力大于探放出来的预计最大涌水量。

（2）为预防有害气体涌出和集聚，保证探水作业点有足够的新鲜风流，风筒口距迎头小于5米。

（3）探放水作业点与其他工作地点、井口应有联络的通讯设施。

（4）探放水头压力大于2Mpa（20kg/cm2）的水体时，应有应急的缓冲蓄水区。

（5）探放水施工必须建立严格的现场交接班、岗位责任制、汇报、记录、验收制度。

探水巷道恢复掘进时必须有按规定审批的进尺通知单。

（6）各类探放水钻孔，见水抽出钻杆后，应立即关闭水门，测定水压，确定最大涌水量。

（7）放老空积水必须彻底检查放水点周围积水是否放尽，当水量变小或不流时，经分析研究确认后，方可用钻杆疏通堵塞物，经反复通透或扩孔，证明积水放尽。

3、放水时的注意事项

⑴探到水源后，要根据水压预计水量，水仓容积、排水能力情况，有计划放出积水。

⑵如发现钻孔中出现淤泥，小块煤（岩）堵塞钻孔，水量减少及无水情况，要认真检查分析，防止假象，不可轻易作出无水或已放干的结论。

⑶压力大、水量多，有条件可进行分段放水。

⑷无论在任何情况，杜绝采用爆破放水。

⑸排水路线由副斜井迎头工作面潜水泵接一路φ89mm排水管路沿井筒直接排出地面。

4、打眼安全措施

⑴打钻人员必须站在支架完好的地方操作钻机，严禁空顶裸帮施工作业。

⑵钻机必须进行风电和瓦斯电闭锁。

⑶打钻之前必须检查作业地点附近20米范围内的顶板及支护情况。

发现不安全隐患，必须排除确保安全后，方可进行施钻作业。

⑷打钻地点及附近20米范围内的瓦斯浓度超过0.5%时，严禁施工作业。

⑸打眼前先检查钻机的零部件是否齐全完好，要及时进行试运转后方可钻进。

⑹、打钻前必须先检查迎头是否有瞎炮、残炮，如有必须先处理完后方可打眼。

⑺打钻时杜绝戴手套打眼，施钻人员必须精力集中，并把毛巾和袖口扎好。

⑻打钻人员必须避开眼口方向，只能站在钻机侧面，防止断钎等伤人。

⑼打钻过程中，如发现有煤与瓦斯突出或透水预兆时，必须停止打钻，立即切断电源，撤出人员，设置栅栏，揭示警标，并汇报项目部，严禁拔出钻杆。

⑽拔钻杆时人员只能站在钻杆侧面，以防钻杆被喷出伤人。

⑾严禁带电检修或搬运钻机。

打钻完毕后，必须切断钻机电源，并移出安全地点放好。

⑿接、卸钻杆时，必须停止钻机电源和运转，待确保无任何不安全因素存在时方可接、卸钻杆

⒀启动钻机前，必须检查好施钻人员衣物是否被钻机部件卡、夹。

防止钻机启动伤人。

5、井下透水预兆

⑴煤层变潮发暗或松散、松软，结构变化，节理不清层理缭乱等。

⑵巷道壁或煤壁“挂红、挂汗”。

⑶煤层变冷，煤质变差。

⑷顶板来压、出现压力水流、淋水加大或底鼓并掺水。

支架被压断。

⑸煤层有水挤出，并拌有“嘶嘶”声，有时能听到空洞响水声。

⑹工作面有二氧化碳，硫化氢等有害气体增加。

⑺煤壁或巷道酸度大，水味有臭鸡蛋味。

6、透水事故处理措施

⑴立即汇报到矿调度室、探放水办公室、值班人员，并通知有可能受水害威胁的其他地点的人员迅速沿井筒撤离出地面。

⑵调度室、探放水值班人员应根据透水位置等情况立即汇报相关领导，按《事故应急预案》和《灾害预防及处理计划》立即通知有关人员进行处理。

⑶水害发生后，采取相应的安全措施尽量减小水害影响范围，并立即恢复正常的通风。

（4）再预计水压大于0.1MPa的地点探水时，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；

（5）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。

（6）探放水钻孔除兼作堵水或者疏水用的钻孔外，终孔孔径一般不得大于75mm.

（7）探放老空积水的超前钻距，根据水压、煤（岩）层厚度及安全措施等情况确定，但最小水平距不小于30m，止水套管长度不小于10m；

四、避灾路线

副斜井避灾路线：

工作面→副斜井井筒→地面。

2013年6月8日