矿区附近采空区探放水设计及安全技术措施培训

矿区附近采空区探放水设计及安全技术措施培训勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01采空区探放水概述02采空区水文地质条件分析03探放水设计方案04探放水设备与材料CONTENTS目录05探放水施工工艺06安全技术措施07质量控制与验收01采空区探放水概述采空区探放水的定义采空区探放水的定义与重要性

采空区探放水是指在矿山、地下工程等地下空间中，针对采矿形成的空洞区域，通过钻探等手段查明水体分布及参数，并采取控制性措施将积水安全排出，以消除水害威胁的技术体系。采空区水害的主要风险

采空区积水可能导致水压增大，引发突水事故，威胁矿工生命安全，造成矿井淹没、设备损坏等重大经济损失，同时可能诱发地表沉降等地质灾害。探放水的核心作用

通过超前探测与疏放积水，可有效预防透水事故，保障采掘作业安全；同时合理利用水资源，减少对地下水体的污染，实现安全与环保的双重目标。采空区积水的危害分析对矿井采掘安全的直接威胁采空区积水若不提前排放，可能在掘进过程中与工作面掘透，如1319规划掘进面距1318采空积水区最近煤柱仅25米，底板落差近20米，直接影响采掘安全。突水事故的潜在风险采空区积水具有水压和水量，当巷道接近时，可能引发突水事故，导致人员伤亡和设备损坏，如揭露水压大于1MPa的充水断层时易发生此类风险。对巷道支护的破坏作用积水产生的静水压力可能导致巷道底板鼓起、煤壁片帮，破坏支护结构，影响巷道稳定性，需加强支护并打好立柱和拦板。有毒有害气体的释放风险采空区积水中可能溶解或聚集瓦斯、硫化氢等有毒有害气体，放水过程中气体易释放，需加强通风和瓦斯检查，防止瓦斯浓度超限。对生产进度的影响水害威胁迫使采掘工作中断，需进行探放水作业，延误生产进度，增加生产成本，如1318采空区积水探放需专项设计和施工，影响1319工作面推进。

探放水基本原则与法规依据01十六字核心原则严格执行"预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采"防治水原则，其中"有疑必探"要求接近老空区、含水层、导水断层等区域必须实施探放水[1-2]。

02三线管理体系划定积水线（积水边界）、探水线（开始钻探起始线）、警戒线（加强观测起始线），老空积水区探水线至积水线最小距离：煤层≥30m，岩层≥20m[11-12]。

03专用设备强制要求必须使用ZLJ系列等专用探水钻机，钻杆直径≥42mm，严禁使用煤电钻、岩石电钻替代，钻孔终孔孔径≤75mm（兼作堵水孔除外）[1-2,7]。

04主要法规依据依据《煤矿安全规程》《煤矿防治水规定》《井下探放水技术规范》（KA/T1-2023），其中第九十四条明确老空水探放钻孔终孔平距≤3m[1-2,15]。02采空区水文地质条件分析矿区水文地质概况地形地貌特征井田地处中条山南麓，黄河北侧，以低山丘陵为主，地势南高北低，沟壑纵横，最大相对高差286.9m，属低山区。地表水系分布井田内地表河流不发育，大小沟谷多为季节性干沟，雨季汇集洪水向北汇入曹河、向南汇入太寨河，最终注入黄河。主要含水层类型自上而下包括第三、四系松散砂砾孔隙含水层，上石盒子组K10砂岩裂隙含水层，下石盒子组K8、K9砂岩裂隙含水层，山西组K7砂岩裂隙含水层，太原组K2石灰岩溶隙含水层及奥陶系中统石灰岩溶隙含水层。主要隔水层特征石炭系中统本溪组由铝质泥岩及铝土矿层组成，厚约10m，为良好隔水层；石炭系上统太原组以可塑性泥岩、砂质泥岩为主，起层间隔水作用。矿井水文地质类型受采掘破坏影响的主要含水层为K2灰岩，厚度约1.92m，裂隙不发育，钻进消耗量小于0.5m³/h，矿井涌水量95-144m³/d，水文地质类型为中等复杂。01采空区范围及积水特征采空区平面分布范围采空区通常由开采边界线围合而成，需明确其走向、倾向、面积等参数。如某采空区投影面积达14.5万平方米，走向由西北-东南转向东西，倾向东北，与待掘工作面煤柱最小距离仅25米。02采空区空间形态参数包括采空区高度、倾角、底板标高变化等。例如某采空区平均采高4.59m，煤层倾角1.5-2度，最低点标高511m，与待掘工作面底板落差近20米，形成局部汇水区域。03积水来源与补给条件积水主要来自顶板砂岩水、大气降水渗入及相邻采空区补给。如某采空区回采初期最大涌水量60m³/h，稳定后涌水量6-8m³/h，封闭后因补给减少于2013年6月断流。04积水量估算方法与结果采用《煤炭安全手册》老空区积水估算公式Q=K·S·H，其中S为投影面积，H为平均采高，K为安全系数。某采空区估算积水量达88732m³，静水压低于0.3MPa。05积水水质与水压特征积水水质多为弱酸性，含悬浮物及少量有害气体。水压随积水深度变化，如标高差29米的采空区，水压约0.3MPa，需根据水压选择相应耐压等级的孔口装置。

充水水源与导水通道分析主要充水水源类型采空区积水：包括老空区、废弃巷道及相邻煤矿采空区积水，是矿区附近探放水的核心对象，积水量需通过《煤炭安全手册》公式估算，如1318采空区积水量达88732m³。

含水层水特征松散岩类孔隙水：第四系冲积洪积层砂砾含水层，富水性中等，埋藏深度3-11m；碎屑岩类裂隙水：二叠系砂岩含水层，富水性弱-中等，单位涌水量通常小于0.5m³/h·m。

导水通道主要类型断层导水：如F1逆断层（走向N38°W，落差25m）可能沟通上下含水层；裂隙导水：煤层顶底板砂岩裂隙，尤其是采动影响形成的导水裂隙带；封闭不良钻孔：未封或封孔质量差的勘探钻孔可能成为垂向导水通道。

充水水源水力联系需分析采空区积水与含水层、地表水体的水力联系，如太原组K2灰岩含水层与奥陶系灰岩含水层是否存在水力补给，1318采空区积水与1317采空区是否存在联通渗流。

水质与水压监测数据水质监测关键指标需监测pH值、悬浮物含量、化学需氧量(COD)及有毒有害离子(如硫化物、重金属)浓度，确保排水水质符合《煤矿矿井水排放标准》(GB20426-2022)要求。

水压监测标准与频率采用压力传感器实时监测钻孔水压，正常情况下每小时记录1次数据；当水压超过0.1MPa时，加密至每10分钟记录1次，超1.6MPa时立即启动降压措施。

数据异常判定与处理当水质pH值＜6或＞9、单孔涌水量突增超50m³/h、水压波动幅度＞0.05MPa时，判定为异常，需立即停止作业并启动应急预案。

监测数据记录与归档监测数据需采用纸质与电子双备份，每日由专职水文地质人员审核签字，每月形成《探放水水质水压监测报告》，存档期限不少于3年。03探放水设计方案

设计总体要求与目标

设计总体要求必须坚持"预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采"的原则，符合《煤矿安全规程》《煤矿防治水规定》及KA/T1—2023《井下探放水技术规范》要求，确保设计科学、安全、可行。

核心目标查明采空区积水范围、积水量、水压等水文地质条件，安全疏放积水，消除水害威胁，保障矿井采掘作业安全，预防透水事故发生。

设计内容完整性要求应包含地质条件分析、钻孔布置设计、安全技术措施、排水系统设计、应急预案等内容，并附钻孔布置平面图、剖面图等必要图表。

方案优化要求需结合矿区实际水文地质情况，进行技术经济分析，优化钻孔参数和施工工艺，在确保安全的前提下提高探放水效率，降低成本。钻孔布置原则探水钻孔布置设计遵循"预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采"原则，针对采空区、含水层、导水断层等水患威胁区域，结合水文地质条件确定钻孔布置方案。钻孔参数设计超前距：厚煤层≥20米，薄煤层≥8米；帮距：两侧孔间距≥3米；终孔孔径一般≤75mm（兼作堵水钻孔除外）；孔深根据水压设定，最大不超过100米。布孔方式选择采用扇形或半扇形布孔，确保控制巷道前方及左右两侧安全范围。探放老空水时，钻孔终孔平距≤3米，垂距≤1.5米；探放高压水时，需增设防水闸门及反压装置。特殊情况处理探放老空水按"先低后高、先近后远"顺序施工；承压水排放需提前构筑防水闸墙，预埋压力传感器；煤层内禁止探放水压高于1MPa的充水断层、含水层及陷落柱。钻孔参数确定（孔径、孔深、角度等）孔径选择标准探放水钻孔终孔孔径一般不得大于75mm，兼作堵水或疏水用的钻孔除外。高压水探放需采用防喷装置，孔口管材质不锈钢占比不低于70%。孔深与超前距设定探放老空积水的超前距不得小于20米，薄煤层不低于8米。钻孔深度根据水压设定，最大不超过100米，确保终孔位置始终超前掘进工作面。角度与布孔方式采用扇形或半扇形布孔，平面夹角7°-15°，终孔平距≤3米，垂距≤1.5米。上山探水时双巷掘进，联络巷间距30-50m并设挡水墙。止水套管参数要求止水套管长度与水压成正比，每0.1MPa对应1米长度，煤层中套管长度≥20米，岩石中≥15米，最外套管需焊接法兰盘并注浆固定，凝固时间≥72小时。止水套管设计与安装要求

套管材质与规格标准采用Φ108mm无缝钢管，壁厚≥6mm，材质需满足钻探施工强度要求，确保在水压作用下的稳定性。

止水套管长度确定原则岩石中套管长度不得低于15m，煤层中不得低于20m；水压每增加0.1MPa，套管长度相应增加1m，确保有效封水。

套管固定与注浆要求最外套管必须焊接法兰盘，采用水泥浆注浆固定，水泥、砂配比为1:2，凝固时间不得低于72小时，注浆后需进行耐压试验。

耐压试验标准试验压力不得小于设计水压，稳压时间不小于半小时，孔口四周不漏水、套管坚固不活动即为合格，否则需重新注浆。

放水方案设计（流量控制、排水路径）流量分级控制标准低压放水（<0.1MPa）：直接安装孔口管导流；中压放水（0.1-1.6MPa）：预埋止水套管（长度≥10米）；高压放水（>1.6MPa）：增设防水闸门及反压装置。单孔出水量超过50m³/h时启动应急预案。

排水系统配置要求配备备用排水设备，总能力达到正常涌水量1.5倍；水仓容量维持8小时正常涌水量存储能力。如探放采空区积水时，排水能力需大于预计最大涌水量2倍以上。

排水路径规划原则遵循“由低到高、由近及远”顺序施工探放孔；利用巷道自然泄水时需确保水沟坡度及支护满足泄水要求；采用水泵排水时明确水泵、排水管规格及供电情况，排水路线需畅通并标注于避灾路线图中。04探放水设备与材料专用探放水钻机型号及参数常用钻机型号及适用场景煤矿常用探放水钻机型号包括ZLJ-250、ZLJ-360、ZY-650等，适用于老空区、含水层、导水断层等区域探放水作业，严禁使用煤电钻、岩石电钻替代。核心技术参数要求钻杆直径多为42mm-63.5mm，钻孔深度需满足200m以上施工要求，钻孔倾角范围±90°，配备防爆电机，功率一般为4KW-22KW，需具备瓦斯电闭锁和风电闭锁功能。典型型号性能示例ZLJ-360型钻机：钻进深度75m，开孔直径87mm，终孔直径65mm，电机功率5.5KW，钻杆长度100m，防爆合格证号200701428，安全标志号符合煤矿安全标准。设备选型原则根据水压、煤层厚度及探放水深度选型，水压高于1MPa时需配备防喷和反压装置，钻孔终孔直径一般不大于75mm（兼作堵水钻孔除外），确保设备额定参数满足设计要求。

钻杆、钻头等钻具选择01钻杆规格与材质要求选用Φ63.5mm以上高强度螺纹钻杆，部分场景可采用Φ42mm钻杆，钻杆长度常见1m或1.5m，材质需满足钻探深度及水压要求，确保抗扭强度和密封性。

02钻头类型与适用条件探放水常用Φ55mm、Φ65mm钻头，终孔直径一般不大于75mm（兼作堵水孔除外）；硬岩地层宜用硬质合金钻头，松软煤层可选用麻花钻头，确保钻进效率与取样准确性。

03钻具配套与禁用情形钻具需与ZLJ系列等专用探水钻机匹配，禁止使用煤电钻、岩石电钻替代；钻杆与钻头连接必须牢固，止水套管采用Φ108mm无缝钢管，壁厚≥6mm，焊接法兰盘并注浆固定。

排水设备选型与配置排水能力确定原则根据探放水量估算结果，排水设备总能力需达到预计最大涌水量的1.5倍以上，确保积水及时排出。

水泵选型标准选用2NB型泥浆泵等专用排水设备，额定流量不低于250L/min，额定工作压力不小于4MPa，电机功率需满足施工需求。

管路系统配置要求排水管路采用Φ108mm无缝钢管，壁厚≥5mm，管路连接需焊接法兰盘并注浆固定，确保耐压性能符合设计水压。

备用设备设置规范配备与主排水设备同型号的备用泵，做到一用一备，同时储备足够数量的易损配件，保障排水系统持续稳定运行。孔口安全装置及材料要求

孔口管规格与材质采用Φ108mm×5mm无缝钢管，岩石中长度≥15m，煤层中≥20m，最外套管必须焊接法兰盘，材质为20#钢，屈服强度≥235MPa。

止水套管固定要求采用水泥浆注浆固定，水泥、砂配比1:2，凝固时间≥72小时，注浆压力不小于设计水压的1.5倍，稳压30分钟无渗漏为合格。

防喷装置技术参数孔口需安装耐压≥10MPa的防喷装置，不锈钢材质占比不低于70%，配备压力表（量程0-2.5MPa）和闸阀（PN16级）。

终孔孔径与封孔要求探放水钻孔终孔直径不得大于75mm，结束探测后必须全孔注浆封闭，封孔材料采用42.5级硅酸盐水泥，封孔长度不小于止水套管长度。

禁用材料与替代要求严禁使用煤电钻、岩石电钻替代专用探水钻机；孔口管禁止使用焊接管或铸铁管，必须采用无缝钢管，套管连接必须使用法兰盘螺栓紧固。05探放水施工工艺

施工前准备工作01水文地质资料收集与分析详细收集矿区地质报告、钻孔资料，分析采空区位置、积水量、水压及周边含水层分布，明确积水线、探水线、警戒线三线范围。

02排水系统准备清理水沟、水仓，配备与探放水量相适应的排水设备，总排水能力需达到正常涌水量1.5倍以上，备用泵及管路确保完好。

03钻场与支护准备在有效支护巷道内布置钻机，加强钻场附近支护，迎头打好坚固立柱和拦板，确保施工空间满足钻探需求。

04安全设施与通讯保障安装专用通讯电话，确保与调度室实时联络；配备瓦斯电闭锁装置，现场悬挂钻孔设计参数牌板及避灾路线图。

05物资与人员准备备齐水泥、套管、闸阀等堵水材料，组织专业探放水队伍，施工前进行安全技术措施交底和应急演练。

钻机安装与调试安装前准备钻机安装前需加强钻场附近巷道支护，在工作面迎头打好坚固立柱和拦板；清理巷道并挖好排水沟，低洼处配备与探放水量相适应的排水设备；安装专用电话并确保通讯畅通。

钻机固定要求钻机必须安装在有效支护巷道内，高度、宽度符合钻探施工需求；采用ZLJ-250、ZLJ-360等专用煤矿坑道钻机，配备Φ63.5mm以上高强度螺纹钻杆，确保固定牢靠并有反压装置。

孔口安全装置探放水钻孔需安装止水套管，岩石内套管长度≥15m，煤层中≥20m；最外套管焊接法兰盘并注浆固定，凝固时间≥72小时；孔口安装闸阀、压力表及防喷装置，耐压≥10MPa。

调试与试运行调试时检查钻机运转、供电及瓦斯电闭锁装置，确保各部件正常；进行钻孔方位、倾角标定，由测量人员现场确定参数；试运行时观察钻杆运转及排水系统，单孔出水量超50m³/h时启动应急预案。

钻孔施工操作流程施工前准备安装专用通讯系统与防水门联动装置，清理巷道并挖好排水沟，配备与探放水量相适应的排水设备，在打钻地点或其附近安设专用电话。

钻孔参数标定由测量人员严格标定钻孔的方位、倾角、深度和数量，负责探放水工作的人员亲临现场共同确定，确保钻孔位置符合设计要求。

钻机安装与调试钻机必须安装在有效支护巷道内，高度、宽度符合钻探施工需求，安装牢固并有反压装置，防止水压大时顶翻钻机，调试钻机确保运转正常。

钻进作业按设计参数钻进，每钻进10m或替换钻具时量一次钻杆并核对钻孔深度，终孔前再核对，必要时进行孔斜测量，做好岩芯选取和记录换层深度。

特殊情况处置钻进中发现煤岩松软、片帮、来压、水压水量突然增大或顶钻等透水征兆时，立即停止钻进但不拔钻杆，向调度室汇报并观测水情；遇有害气体喷出时，停止钻进、切断电源，撤离人员并汇报。放水作业控制要点

分级放水压力控制标准低压放水（<0.1MPa）直接安装孔口管导流；中压放水（0.1-1.6MPa）需预埋≥10米止水套管；高压放水（>1.6MPa）必须增设防水闸门及反压装置。排水系统能力保障要求配备备用排水设备，总排水能力需达到正常涌水量1.5倍；水仓容量应满足8小时正常涌水量存储，确保放水期间排水畅通。放水量与水压动态监测安排专职人员实时监测钻孔出水状况，测定水压、水量并记录；单孔出水量超过50m³/h或水压异常时，立即启动应急预案。特殊水体放水顺序规定探放老空水需按"先低后高、先近后远"顺序施工；探放承压水前必须构筑防水闸墙并预埋压力传感器，防止突水事故。

施工过程记录与数据整理钻探施工基础记录记录钻孔编号、施工日期、起止时间、钻杆数量及规格，每钻进10米核对孔深并记录岩性变化，终孔前进行孔斜测量，确保钻孔参数符合设计要求。

水文数据实时监测记录实时监测单孔涌水量、水压变化，当涌水量超过50m³/h或水压突变时立即启动应急预案并记录；同步测定水温、水质pH值，判断水体来源及腐蚀性。

异常情况处置记录详细记录钻进中出现的煤岩松软、片帮、顶钻等透水征兆，记录停钻时间、现场处理措施及汇报流程，附现场照片或视频资料存档。

数据整理与图表绘制绘制钻孔平面布置图、剖面图，标注终孔位置与积水线距离；建立探放水数据台账，包括钻孔参数、涌水量历时曲线、水压变化趋势等，形成电子版与纸质版双备份。06安全技术措施作业前安全检查排水系统检查清理巷道水沟及临时水仓，确保排水畅通；安装与最大涌水量相匹配的排水设备，总能力需达到正常涌水量1.5倍以上，并配备备用泵。支护与防护检查加强钻场附近巷道支护，工作面迎头打好坚固立柱和拦板；清理作业区域杂物，确保避灾路线宽度不小于0.8米，无障碍物。通讯与信号检查在钻场或附近安设专用电话，确保与调度室24小时通讯畅通；现场悬挂避灾路线图，设置清晰的方向指示标志。设备与瓦斯检查检查探放水钻机完好性，确保其具备瓦斯电闭锁功能；测定施工地点瓦斯浓度，低于1%方可作业，配备专职瓦斯检查员跟班监测。孔口装置检查安装Φ108mm以上止水套管，煤层内长度≥20m、岩层内≥15m，采用水泥浆注浆固定，凝固时间≥72小时；安装压力表（量程0-10MPa）及防喷闸阀，试压合格。施工过程安全监控实时水情监测监测钻孔水压、水量变化，单孔出水量超过50m³/h时立即启动应急预案；采用自动化监测设备，数据上传率不低于95%，确保及时掌握水情动态。瓦斯及有害气体检查探放水施工地点必须安装瓦斯电闭锁装置，瓦斯浓度超过1.0%时停止作业；每班瓦斯检查次数不少于2次，发现异常立即撤离并汇报。钻场支护与煤壁观测加强钻孔附近巷道支护，迎头打好坚固立柱和拦板；实时观测煤壁是否出现松软、片帮、来压等透水征兆，发现问题立即停钻处理。排水系统运行监控确保排水设备能力达到预计最大涌水量2倍以上，实行“一用一备”；定期检查水泵、管路及水仓，保证排水系统24小时可靠运行。特殊情况应急处置钻进中遇水压突增、顶钻等透水征兆时，立即停止钻进但不拔钻杆，向调度室汇报并观测水情；出现瓦斯突出等紧急情况，所有人员立即沿避灾路线撤至安全地点。

透水征兆识别与处置直观性征兆包括煤壁挂红、挂汗，空气变冷出现雾气，顶板淋水加大或出现渗水，底板鼓起产生裂隙渗水，水色发浑有臭味等现象。

物理性征兆表现为煤岩松软、片帮、来压，钻孔中水压、水量突然增大，出现顶钻、卡钻，以及煤壁或岩层发出"吱吱"的水叫声。

紧急处置原则立即停止钻进，不得拔出钻杆；向矿调度室汇报并派人观测水情；所有施工人员立即从受威胁地点撤至安全地点。

现场应对措施启动应急预案，加固工作面支护，清理巷道疏通水沟，启用备用排水设备；安装通讯电话确保联络畅通，按避灾路线撤离。

瓦斯及有害气体防治措施瓦斯浓度监测与报警探放水施工地点必须安装瓦斯电闭锁装置，瓦斯浓度≥1%时立即停止作业。每班瓦斯检查次数不少于2次，实时监测并记录数据。

通风系统保障加强探放水地点通风，确保风量满足冲淡瓦斯需求。采用局部通风机通风时，必须实现风电闭锁，杜绝循环风。

钻孔瓦斯涌出控制钻进中发现瓦斯涌出异常，立即停止钻进、切断电源，人员撤离至新鲜风流处，并向矿调度室汇报。钻孔施工前检查钻场及周围20m范围内瓦斯浓度。

有害气体应急处置配备便携式瓦斯检测仪，施工人员随身携带。发现有毒有害气体超标，立即启动应急预案，撤离受威胁人员，采取通风稀释措施。避灾路线规划原则避灾路线与应急撤离措施

遵循"由低到高、由近及远、直达安全出口"原则，路线需避开积水区、断层带及瓦斯聚集区，确保坡度≤15°，宽度≥0.8m，设置双向指示标识。现场标识与通讯保障

施工地点悬挂避灾路线图，每50m设置反光标识；安设专用电话（直通矿调度室），配备防水型应急广播系统，确保信号覆盖无盲区。透水征兆应急处置流程

发现挂红、挂汗、水叫声等征兆时，立即停止作业，不拔钻杆，向调度室汇报（汇报内容：地点、征兆、人员数量），启动预警信号（一声长鸣）。人员撤离组织措施

按"班组长断后、老弱优先"顺序撤离，使用湿毛巾掩口鼻，低姿快速移动；撤离后在指定集合点清点人数，由安全员向调度室报告撤离情况。特殊情况应急方案

巷道被淹时，立即撤至顶板稳固的高处，打开自救器，敲击管道发出求救信号（每30秒一次）；禁止盲目潜水或穿越水流湍急区域。07质量控制与验收钻孔参数达标要求探放水工程质量标准超前距：厚煤层≥20米，薄煤层≥8米；帮距：两侧孔间距≥3米；终孔孔径一般≤75mm（兼作堵水钻孔除外），孔深误差≤1%。孔口装置质量标准止水套管长度：岩石内≥15米，煤层中≥20米，