探放水技术在煤矿防治水中的应用_煤矿探放水技术管理
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探放水技术在煤矿防治水中的应用
摘要：总结了煤矿老空探防水的基本原则、方法及措施，并以鹤壁四矿采空区探放水为实例进行简要分析。针对目前煤矿水灾防治存在的问题，提出了相关的对策。关键词：探放水；老空区；煤矿水灾
水灾是近几年来影响到煤矿安全生产的重要灾害之一。煤矿水灾突发性强，对矿井危害严重，水灾的发生可以在极短的时间内给矿井造成毁灭性的灾难。据统计仅2005年全国发生矿井透水事故109起，死亡605人；一次死亡10人以上 l3起，死亡360人，严重威胁着煤矿工作人员的生命安全。
在有些生产矿井的范围内，常常有许多充水的小窑老空、断层以及富含水层等水体。当采掘工作面接近这些水体时，就有可能造成地下水突然涌入巷道，造成矿井事故。探放水技术在煤矿防治水中的有效应用，能够探明工作面前方的水情，将水有控制地放出，为消除水灾隐患，保证采掘工作安全进行，起到积极的作用。
一、探防水技术的基本原理
探防水即在各种生产及工程施工过程中用超前勘探方法，查明工作区的含水构造（包括陷落柱）、含水层、积水老窑等水体的具体位置、含水量等基本情况，然后采取有效的排水措施，在施工前消除施工过程中可能因水灾引起的安全隐患，确保安全生产、施工。
二、探防水技术在防治煤矿水灾中的应用
探放水技术在煤矿水灾的防治中的应用主要有探放老空（即采空区、老窑或已报废的井巷）水、探放断层水、探放陷落柱水和探放含水层水等，本文主要就探放老空水作简单分析探讨。
（一）探防老空水的基本原则
煤炭采掘工作必须执行“有疑必探，先探后掘”的原则，因而遇到下列情况之一时，必须探水：接近水淹的井巷、老空、老窑或小窑时；接近含水层、导水断层、含水裂隙密集带、溶洞和陷落柱时，或通过它们之前；打开隔离煤柱放水前；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或裂隙发育带时；接近可能涌（突）水的钻孔时；接近有水或稀泥的灌浆区时；采动影响范围内有承压含水层或含水构造，或煤层与含水层间的隔水岩柱厚度不清，可能突水时等。
探放老空水除了要遵循上述的探放水原则外，还应遵循下述探放老空水的具体原则。
1、积极探放
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。
4、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。
（二）探防老空水的方法及措施
1、收集有关水文地质资料
每个采掘工作面开工之前，矿井必须组织有关人员查阅有关资料并进行现场勘察，尽最大可能查清采掘范闱内以及周边老空的积水情况，进行安全沦证。
2、确定探水起点
由于老空积水范围是通过调查得出来的，所以其积水的边界不是十分准确，用物探方法或其他方法查明。根据一些矿山的经验，将调查和勘探获得的老空分布资料经过分析后划出3条界线：1）积水线——调查核定积水区的边界即小窑采空区的范围，其深部界线应根据小窑的最深下山划定。2）探水线——沿积水线外推 60--150 m的距离划一条线(如上山掘进时则为顺层的斜距)，此数值大小视积水范围可靠程度，水头压力，煤的强度大小来确定。当掘进巷道达到此线就应开始探水。3）警戒线——从探水线再外推 50--150 m(在上山掘进时指倾斜距离)。当巷道进入此线，就应警惕积水的威胁，注意迎头的变化，当发现有透水征兆时就应提前探水。
3、估算老空积水量
老空积水可按下式进行估算：
W静=KMlh/sina 式中W静---老空积水的静储量，m3； M---采厚，m；
l---老空走向长度，m； h---小窑老空的垂高，m； a---煤层的倾角，（º）；
K---老空的充水系数，K=0.3～0.5。
4、布置探放水钻孔的方法
探放水钻孔的布置应以确保不漏老空，保证安全生产，而探水工作量又以最小为原则。1)确定探水钻孔的超前距离、允许掘进距离、帮距和密度。2)制定探水钻孔布置方式。探水效果的好坏与钻孔布置方式有很大关系。在布置探水钻孔时必须注意两个问题：其一要确保安全；其二既要保证工作效果又要工作量最小。
探水钻孔布置从平面上看，一般常布置成扇形和半扇形。上山巷道常布置成扇形，倾斜煤层平巷掘进常布置成半扇形。扇形和半扇形布置又分为“大夹角”扇形布置(中间沿巷道前进方向一组，两侧各2～3组钻孔，每组 1～2个钻孔，每组钻孔之间的夹角7 º～15 º)和“小夹角”扇形布置(每组钻孔之间的夹角 1 º～3 º，其他同“大夹角”要求相同)，如果运用得当，两种形式都可以取得良好的效果。
5、设计放水孔及安装放水孔孔口管
在探明老空水的确切位置之后，根据其静储量和动储量的大小，巷道排水能力，矿井实际排水能力，生产衔接允许的放水期限，以及地质和水文地质条件，再设计放水钻孔。按以下步骤操作：选择钻孔孔径；计算钻孔孔数；安装放水孔孔口管。
三、探防水技术在煤矿中应用实例
本文以鹤壁四矿采空区探放水为实例进行简要分析。
鹤壁四矿井田地质构造较复杂，井田内高角度正断层发育，走向多为NE，倾向多为NW，倾角多在50～75 º，井田内已控制的落差介于5～150m的断层有42条，其次井田中小型宽缓褶皱较多，陷落柱也较发育且形状不规则，给矿井开采布置带来较大困难。21202综放工作面上部采空区内有大量积水，严重威胁着掘进安全。为确保 21202综放工作面的按期接替和安全掘进，防止水害事故的发生，对21202综采面进行探防水，保证了掘进进度与施工安全，取得了显著的经济。
该工作面地质条件为单斜构造，一分层揭露大于1.0 m的断层5条，其中4F1 断层为运输巷边界断层，一分层切眼揭露，走向 N7 º w，倾向NE，落差H=10m，煤层产状变化不大，走向N8 ºW，倾向NE倾角8～10 º。工作面剩余煤厚平均5.9 m。
该积水区为一三角形。积水区面积为52800 m2，积水量约为38000 m3，积水标 高从-280 m 至-315m，水压0.35 MPa。当运输巷掘至160 m处，开始探放水。
探水孔的布置，掘到警戒线后，布置第一个钻场，随着水位的下降，每掘 25 m布置一个钻场每个钻场设计 1个方位 2个孔，钻孔孔径65 mm。
探放水施工要求：①正式探水钻进前，先安装孔口管、控水闸阀；②开孔孔位应选择在煤层比较完整的地方；③孔口管固定方法，首先套管外应焊6 mm的螺旋钢筋，再将套管下入孔内，临时固定住套管，不使滑落，再用水泥与水玻璃混合物封堵套管与孔壁之间的外口空隙；④放水量控制在50m3/h左右，放水期间设专人看守放水孔，监视放水全过程，记录并核对放水量；⑤当钻孔水量变小或无水时，反复多次下钻捅孔，以防钻孔被堵造成积水放完假象。
道接近积水区的安全措施。无论积水是否已探明放净，还应采取以下措施确保安全：①必须按设计施工，在探放水期，掘进中必须注意是否有出水征兆，如有应停止掘进，撤出人员；②在巷道掘至设计钻场位置时不准放炮，以利于探放水时布置钻孔和安设套管，掘至下一个钻场前超5 m停止掘进。
四、问题及建议
煤矿探放水只是煤矿水灾防治的一种，另外还有井下防水煤（岩）柱留设，疏干降压开采，含水层改造与隔水层加固和建防水闸门与水闸墙等多种水灾防治技术。
近年来，我国煤矿安全生产形势保持了总体稳定发展的态势，取得了较好的效果。但形势仍然严峻，作为煤矿主要灾害之一的水灾事故仍时有发生，究其原因主要有一下几个方面：对矿井防治水工作重要性认识不到位；矿井防治水技术管理弱化；矿井防治水措施不落实；违法超层越界开采，破坏防水保安煤柱；对潜在的突水水源和突水通道缺乏研究。
针对存在的问题可采取以下对策：明确煤矿水害防治工作责任，健全工作体系；完善煤矿水害防治工作机制，严格落实有关措施，“有疑必探，先探后掘”的原则要严格执行；加强科技攻关，提高煤矿水害防治技术，例如采用多种方多方位、多层次法联合治水等；开展以水患为重点的隐患排查活动，严密防范水灾事故；加强对水害防治工作的监管，严厉打击违法违规生产行为。
