煤礦井下探放水鑽探技術培訓課件ppt

本 課 目 的

煤礦井下鑽探的應用：

1、《煤礦防治水規定》(國家安全生產監督管理總局令第28號)第3條規定：防治水工作應當堅持預測預報、有疑必探、先探後掘、先治後采的原則，采取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施。

2、山東省煤礦水害事故統計：1949～2004年共發生水害事故96起，死亡782人。其中老空水水害事故61起，死亡655人，占事故起數的63.5%，占死亡人數的83.8%;地表水水害事故12起，死亡111人;承壓含水層水水害事故23起，死亡16人。

目 錄

一、煤礦井下探放水鑽探基礎知識

1、綜合探測技術手段

鑽探、物探、化探 (水文地質實驗)

2、鑽探定義

是用鑽機設備從地表向地下鑽進成孔，從而達到所要任務的工程施工工程。以鑽為手段，以探為目的。

一、煤礦井下探放水鑽探基礎知識

一、煤礦井下探放水鑽探基礎知識

3、鑽探的分類

(1)按照鑽探目的分：

地質鑽探

(煤田地質鑽探、 水文地質鑽探)

水文水井鑽探

工程勘察鑽探

石油鑽探

(2)按照鑽頭克取岩石的方式：

回轉式 衝擊式 衝擊回轉式

(3)按照取芯與否分：

取芯鑽探 無芯鑽探

注漿泵的基本參數

缸套內徑(直徑)

公稱流量(理論流量) 活塞行程

活塞往複次數

缸徑及其厚度

公稱壓力 拉杆直徑

動力機功率

(1)鑽 頭

鑽頭 (bore] bit )安裝在鑽杆前端,回轉破碎煤或岩石的刀具。

★ 硬質合金鑽頭

★ 金剛石鑽頭

★ PDC(人造金剛石)鑽頭

★ 潛孔鑽頭

直鑲式鑽頭軟至中硬地層

正斜鑲鑽頭 極軟的塑性地層

負斜鑲鑽頭 較硬岩層或裂隙地層、軟硬不均地層。

磨銳式鑽頭 需經修磨切削刃後再使用的鑽頭。

自銳式鑽頭 研磨性大和裂隙發育的硬地層。

(2)套管

止水 止漿 隔 離 耐 壓

一般使用型號不低於DZ40的地質套管。

(1)井下鑽孔的基本參數 ◆ 鑽孔坐標 ◆鑽孔方位角、傾角 ◆鑽孔孔徑、孔深 ◆止水(止漿)套管長度、封固要求、耐壓值 ◆開孔層位和終孔層位 ◆鑽孔揭露的岩層名稱及換層深度。 ◆鑽孔湧水量、湧水深度、湧水層位和水壓。 ◆鑽孔孔徑變化深度、層位。

地質鑽探的六大工程質量標準

◆ 岩礦心采取率及其整理

◆ 鑽孔彎曲度及測量間距

◆ 孔深誤差的測量及校正

◆ 簡易水文地質觀測

◆ 鑽孔封閉與檢驗

◆ 原始報表填寫

按照上述指標，驗收後鑽孔質量分為特級孔、甲級孔、乙級孔和廢孔。

(1)岩礦心采取率及其整理

按照鑽探規程要求，全孔平均采取率一般不得小於65%。在完整岩層段，采取率不得小於75%;斷層破碎帶岩心采取率一般不低於50%，並根據鑽孔目的要求掌握。

岩礦心采區方法：幹鑽采取法

卡料卡取法

卡簧卡取法

對煤的采取一般采用單動雙管，以保證煤樣的品位。

(3)孔深誤差及校正

孔深誤差直接影響到鑽孔的真實深度和各種鑽孔資料的真實準確性。一般通過丈量鑽具來進行校正。

正常鑽進50-100m時，

標誌層和終孔後

重要層位(湧漏水、斷層破碎帶)

測斜、下套管、變徑前

(4)簡易水文觀測

揭露湧水點的深度、層位

鑽孔湧水量、水壓及其變化

水質及其變化

鑽孔湧水後其它觀測點水量水壓變化情況

放水和注水試驗情況(注水量、注水壓力等)

水文地質實驗中的動態觀測數據

(5)鑽孔封閉與檢驗

目的：隔離含水層與煤層之間通過鑽孔的聯係;防止礦井通過鑽孔湧突水。

一般使用水泥漿或者水泥砂漿封閉。

按照地層產狀分段封閉

每次封閉後都要在封閉段上部取水泥樣，並檢驗封閉深度及封閉質量，記錄歸檔保存。

除長期水文觀測孔和取水孔外，一般都要封閉。

(6)鑽孔彎曲及其測量

地麵鑽孔對鑽孔的彎曲及其測量都有一定的規定

井下鑽孔受到環境的影響，很難做到，但要通過控製鑽探參數來保持。

目前出現隨鑽測量技術。

(1)井下探放水鑽探施工組織設計應包含的內容

目的和任務

鑽孔設計

鑽探設備及工具

鑽探作業流程

鑽探技術要求

鑽探安全措施

竣工後對鑽孔的管理

避災路線

(2)井下探放水鑽探施工組織設計的一般要求

必要的圖表:

鑽孔布置平、剖麵圖

地質預想剖麵圖

鑽孔參數統計表

避災路線圖

現場供電線路圖

要符合規程標準要求，並結合現場環境和工程的特殊要求。

(3)技術成果資料

質量管理中的現場文字搜集及整理資料

單孔施工成果

工程技術總結報告

上級審批及驗收報告

其它資料

鑽探作業總台時：開工到竣工的所有時間;

非鑽探作業台時：因非施工原因造成的停工時間;

鑽探作業台時：非鑽探作業台時外的所有時間;

純鑽進時間：鑽頭在孔內克取岩石的時間;

設備事故時間：因鑽機、注漿泵、供電等設備檢修造成的停工時間;

孔內事故時間：因處理鑽孔事故造成的無鑽探進尺時間;

輔助時間：扣除純鑽進時間、設備事故時間和孔內事故時間後的處於鑽探作業台時內的時間。

(1)在預計水壓大於0.1 MPa的地點探水時，預先固結套管。套管口安裝閘閥，套管深度在探放水設計中規定。

(2)止水套管封閉後，都要進行耐壓試驗，要求耐套管封固後的耐壓值不得小於承壓含水層水壓的1.5倍。

井下探放水鑽探常見的鑽孔事故

埋鑽

卡鑽

燒鑽

鑽杆事故(脫落、折斷)

鑽孔偏斜

套管事故(斷裂、鏽蝕、封閉不良)

強 度

岩石的強度是指岩石在各種外力(拉伸、壓縮、彎曲或剪切等)作用下，抵抗破碎的能力。常用的強度單位為MPa。

堅固岩石和塑性岩石(如粘土)的強度，主要取決於岩石的內連結力和內摩擦力。鬆散性岩石的強度主要取決於內摩擦力。

① 影響岩石強度的自然因素

◆ 岩石的礦物成分、結構和構造

◆岩石的機械強度，在很大程度上取決於組成岩石的礦物成分。

◆碳酸鹽類岩石主要由方解石、白雲石組成。

◆由礦物顆粒膠結成的岩石，其強度決定於膠結礦物的成分。

◆在相同礦物結構下，組成岩石的礦物顆粒直徑的尺寸對岩石的強度也有很大影響。

◆岩石的孔隙度對岩石的強度也有巨大影響。

◆岩石的層理對強度的影響具有明顯的方向性。

◆裂隙性也是岩石重要物理性質，也對岩石強度有重要影響。

② 技術因素方麵

影響岩石強度的技術因素，最明顯的是岩石產生變形的形式。主要包括抗壓、抗剪、抗折和抗拉等變形。

岩石的抗壓強度最大，而抗剪、抗彎和抗拉強度依次減小，抗拉強度僅為抗壓強度的10%以下。其表現形式是：抗壓>抗剪>抗彎>抗拉

岩石硬度

岩石的硬度是指岩石抵抗其它物體壓入的阻力。

岩石的硬度在本質上與強度，特別是抗壓強度有著密切的關係;物體的硬度是其單向抗壓強度的七倍。但實驗證明，岩石的抗壓入硬度與其單向抗壓強度之比在5～20之間。

一般地質上把礦物的硬度分為10級，即莫氏硬度。

普氏係數

普氏係數是指岩石的堅固性係數，岩石的堅固性區別於岩石的強度，強度值必定與某種變形方式(單軸壓縮、拉伸、剪切)相聯係，而堅固性反映的是岩石在幾種變形方式的組合作用下抵抗破壞的能力。

岩石堅固性係數f表征的是岩石抵抗破碎的相對值。因為岩石的抗壓能力最強，故把岩石單軸抗壓強度極限的1/10作為岩石的堅固性係數。

岩土的可鑽性及其分級

岩石的可鑽性是鑽進時岩石抵抗破碎的能力。

岩石的可鑽性是岩石在鑽進過程中顯示出來的綜合性指標。其影響因素主要的是岩石的物理力學性質、鑽進方法和鑽進技術參數等。

現場刻劃法

大拇指甲：刻劃1～3級的岩石礦物;

鐵刀：刻劃3～4級的岩石礦物;

普通鋼刀：刻劃4～5級的岩石礦物;

銼刀：刻劃5～6級的岩石礦物;

合金刀：刻劃7～8級的岩石礦物。

采掘工作麵遇有下列情況之一的，應當進行探放水 　1、接近水淹或者可能積水的井巷、老空或者相鄰煤礦; 　2、接近含水層、導水斷層、暗河、溶洞和導水陷落柱; 　3、打開防隔水煤(岩)柱進行放水前; 　4、接近可能與河流、湖泊、水庫、蓄水池、水井等相通的斷層破碎帶; 　5、接近有出水可能的鑽孔; 　6、接近水文地質條件複雜的區域; 7、采掘破壞影響範圍內有承壓含水層或者含水構造、煤層與含水層間的防隔水煤(岩)柱厚度不清楚可能發生突水; 　8、接近有積水的灌漿區; 　9、接近其他可能突水的地區。

超前探放水的原則：有疑必探、先探後掘。

探水起點的確定(三線)

積水線

探水線

警戒線

1)探水線設計

煤礦井下存在各種積水區時，必須在采掘工程平麵圖上標出積水範圍、外緣標高，積水量，同時標出探水線位置，並符合以下規定：

① 探水線應根據積水區的位置、範圍、水文地質條件及其資料的可靠程度，以及采空區，巷道受礦山壓力的破壞情況等因素規定

② 對本礦開采所造成的老空、老巷、水窩等積水區，其邊界位置準確，水壓不超過1MPa，探水線至積水區的最小距離：在煤層中不得少於30m，在岩層中不得少於20m。

③ 對本礦井的積水區，雖有圖紙資料，但不能確定積水邊界時，探水線至推斷的積水邊界的最小距離不得少於60m。

④對有圖紙資料可查的老窯，探水線至老窯邊界的最小距離不得少於60m。對沒有圖紙資料可查的老窯，可根據本礦井已了解到的小窯開采最低水平，作為預測的可疑區，必要時可先進行物探控製可疑區，再由可疑區向外推100m作為探水線。

⑤對已知的斷層、陷落柱的探水線，由斷層、陷落柱所留設的防水煤柱線至少向外推20m作為探水線。

⑥石門揭露含水層的探水線，探水線至含水層的水平最小距離不得小於20m。垂直距離應根據水壓和隔水層的岩性等資料綜合分析確定其最小距離。

⑦一般在探水線外推50-150m作為警戒線。巷道掘進進入該線後，要警惕，發現有突水征兆時及時探水。

2)探放水鑽孔的布置原則和布置方式

①探放水鑽孔的布置原則

探放水鑽孔的布置應以不漏掉“老空”、保證生產安全和探水工作量最小為原則。

超前距 ：探水鑽孔的終孔位置應始終保持超前工作麵一段距離，這段距離稱“超前距”。

允許掘進距離：探水後，證實無水害的威脅，可以安全掘進的長度。

幫距 ：使巷道兩幫與可能存在的老空積水間保持一定的安全距離，該安全距離，即稱為幫距。

鑽孔密度(孔間距)：允許掘進距離終點橫剖麵線上，探水鑽孔之間距。為防止漏掉老空巷道，一般不得超過3m。

在水壓高、水量大或煤層鬆軟、節理發育的情況下，於煤層中打鑽不安全，應采用隔離式探水。隔離式探水有三種類型，其使用條件及鑽孔布置見表所示。

探放水應采用深孔、中深孔和淺孔相結合的方式

對探放水鑽孔的要求：

③在預計水壓大於0.1MPa的地點探水時，預先固結套管，套管口安裝閘閥。

④鑽孔內水壓大於1.5MPa時，采用反壓和有防噴裝置的方法鑽進，並有防止孔口管和煤(岩)壁突然膨出的措施。

⑤探水鑽孔除兼做堵水或者疏水用的鑽孔外，終孔孔徑一般不得大於75mm。

4)斷層水的探放

礦井90%以上的突水都與斷層有關。因此查明斷層的位置、性質、規模、導水情況、富水性強弱、水頭壓力大小以及斷層兩側含水層的富水性、水壓大小及其與開采煤層的相對位置尤為重要。探明後並采取疏放、留設防隔水煤(岩)柱或注漿封堵等措施加以預防和治理，對防止斷層突水，確保礦井安全非常重要。

5)含水層水的探放

探放含水層水基本有三種情況，一是探放影響采掘工作的頂板強含水層水;二是探放影響采掘工作的底板強含水層水;三是巷道(例如石門)穿越強含水層前的探放水。

①老窯積水量的估算

Q積——相互連通的各積水區總水量，m3

——有水力聯係的煤層采空區積水量之和，m3;

——與采空區連通的巷道積水量之和，m3;

K——采空區或巷道的充水係數; α——煤層傾角，°;

M——采空區平均采厚或煤厚，m;L——積水巷道長度，m。

F——采空積水區的水平投影麵積，m2;

W——積水巷道原有斷麵，m2;

山西呂臨能化公司龐龐塔煤礦5層煤老空區探放水

冒裂帶高度計算及導水安全性分析:

對砂質泥岩、泥質砂岩、頁岩等岩層在礦山壓力和自重壓力作用下冒落帶和導水裂隙帶高度的計算公式：

對龐龐塔煤礦10號煤頂板的冒裂帶高度進行計算: 100×9.7/(3.3×1+3.8)+5.1=141.7m

根據龐龐塔煤礦以往煤田地質勘查資料，5號煤底至10號煤頂之間的地層間距最大為63.86m。由此可見，10號煤頂板的冒裂帶高度已遠遠達到5號煤采空區之上。5號煤采空區的積水將會對10號煤的安全開采造成較大的影響，因此必須實施探放水工程，將舊礦5號煤采空區積水進行安全疏放。

一、煤礦井下探放水鑽探基礎知識

1、水文地質勘探的三大主要手段

2、鑽探定義

3、鑽探分類

4、井下探放水鑽探基本原理

5、井下探放水鑽探常用設備

6、井下探放水鑽探常用工具材料

二、煤礦井下探放水鑽探技術及質量管理

1、井下鑽孔基本參數

2、井下探放水鑽探施工質量管理

3、井下探放水鑽探施工技術管理

三、煤礦井下探放水鑽探作業效率分析

四、煤礦井下探放水鑽探安全管理

1、井下鑽孔止水套管的封固

2、鑽孔孔口安全裝置及要求

3、井下作業現場安全

4、幾種常見的鑽孔事故及其處理方法

五、岩石的性質

六、煤礦探放水