煤礦掘進現(xiàn)場水文地質(zhì)探放設(shè)計詳解引言煤礦水害是威脅掘進安全的主要災(zāi)害之一，據(jù)統(tǒng)計，我國煤礦重特大水害事故中，80%以上與掘進過程中水文地質(zhì)探放不到位有關(guān)?！睹旱V安全規(guī)程》《煤礦防治水細(xì)則》明確要求：“掘進工作面必須堅持‘預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采’的防治水方針”。水文地質(zhì)探放設(shè)計作為掘進水害防控的“先手棋”，其專業(yè)性、精準(zhǔn)性直接決定了水害防范的有效性。本文結(jié)合現(xiàn)場實踐，從前期準(zhǔn)備、設(shè)計原則、核心內(nèi)容、施工管理、驗收評價等環(huán)節(jié)，系統(tǒng)詳解掘進現(xiàn)場水文地質(zhì)探放設(shè)計的關(guān)鍵要點。一、探放設(shè)計前期準(zhǔn)備：數(shù)據(jù)支撐與風(fēng)險識別探放設(shè)計的科學(xué)性依賴于全面的基礎(chǔ)資料收集與精準(zhǔn)的水害風(fēng)險評估，前期準(zhǔn)備需重點完成以下工作：（一）基礎(chǔ)資料收集1.地質(zhì)資料：井田地質(zhì)報告、掘進工作面地質(zhì)說明書（含煤層賦存、巖層結(jié)構(gòu)、斷層分布等）、井巷工程平面圖、煤層底板等高線圖。2.水文地質(zhì)資料：井田水文地質(zhì)報告、地下水動態(tài)觀測數(shù)據(jù)（水位、水溫、水質(zhì)）、含水層抽水試驗報告（滲透系數(shù)、單位涌水量、影響半徑）、斷層帶導(dǎo)水性評價資料。3.工程資料：掘進工作面設(shè)計方案（巷道斷面、掘進方向、循環(huán)進尺）、既往探放水記錄（鉆孔參數(shù)、涌水量、處理效果）、排水系統(tǒng)現(xiàn)狀（水泵能力、水倉容量、管路布置）。4.周邊礦井資料：相鄰礦井采掘工程平面圖、老空區(qū)積水臺賬（積水范圍、積水量、水位標(biāo)高）、水害事故案例（如老空水突水位置、涌水量）。5.物探資料：瞬變電磁法（TEM）、直流電法（電阻率層析成像）等物探成果，重點識別含水層富水性、斷層導(dǎo)水性、老空區(qū)位置。（二）水文地質(zhì)條件綜合評價基于資料分析，采用定性+定量方法評價掘進工作面水文地質(zhì)條件：定性評價：判斷含水層類型（孔隙水、裂隙水、巖溶水）、斷層導(dǎo)水性（導(dǎo)通/不導(dǎo)通）、老空區(qū)積水可能性（是否存在未封閉鉆孔、采空區(qū)）。定量評價：計算突水系數(shù)（\(T_s=\frac{P}{M}\)，\(P\)為含水層水壓，\(M\)為煤層底板隔水層厚度），當(dāng)\(T_s>0.1MPa/m\)（底板受構(gòu)造破壞）或\(T_s>0.15MPa/m\)（底板完整）時，需重點防范底板突水；計算富水性指數(shù)（\(K=q\timesM\)，\(q\)為單位涌水量，\(M\)為含水層厚度），\(K>10m^3/(h·m)\)為強富水性含水層。（三）水害風(fēng)險識別通過“區(qū)域-局部”遞進分析，識別掘進工作面主要水害類型及風(fēng)險區(qū)域：老空水：相鄰礦井或本礦井老空區(qū)積水，風(fēng)險區(qū)域為掘進方向前方100米內(nèi)、兩側(cè)50米內(nèi)的采空區(qū)。斷層水：斷層帶導(dǎo)通含水層或老空區(qū)，風(fēng)險區(qū)域為斷層走向兩側(cè)30米、傾向延伸50米范圍內(nèi)。巖溶水：煤層底板巖溶含水層（如奧陶系灰?guī)r），風(fēng)險區(qū)域為含水層頂板以上100米范圍內(nèi)的巷道?？紫端核缮涌紫端ㄈ绲谒南禌_積層），風(fēng)險區(qū)域為巷道頂板以上50米范圍內(nèi)的松散層。二、探放設(shè)計基本原則探放設(shè)計需遵循以下原則，確保“技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟合理”：（一）合規(guī)性原則嚴(yán)格符合《煤礦安全規(guī)程》（2022版）、《煤礦防治水細(xì)則》（2018版）等規(guī)范要求，如：超前探放水的超前距離：一般不小于30米（老空水探放不小于20米）；鉆孔覆蓋范圍：必須覆蓋掘進工作面迎頭及兩側(cè)10-20米范圍（老空水探放需覆蓋老空區(qū)全部范圍）。（二）精準(zhǔn)施策原則根據(jù)水害類型調(diào)整設(shè)計參數(shù)：老空水探放：采用扇形鉆孔布置，確保覆蓋老空區(qū)邊界；斷層水探放：采用交叉鉆孔布置，穿透斷層帶進入另一側(cè)5-10米；巖溶水探放：采用定向鉆孔布置，針對性探測含水層富水性。（三）安全優(yōu)先原則鉆孔布置需避開巷道支護結(jié)構(gòu)（如錨桿、錨索），防止破壞支護；排水系統(tǒng)能力需滿足最大涌水量1.5倍要求，確保涌水時能及時排出；探放水作業(yè)前必須檢查瓦斯（濃度≤1%）、頂板（無冒落風(fēng)險），設(shè)置應(yīng)急撤離路線。（四）動態(tài)調(diào)整原則根據(jù)施工中鉆孔取芯、水量觀測結(jié)果，及時調(diào)整設(shè)計參數(shù)（如增加鉆孔數(shù)量、加深鉆孔深度），避免“一刀切”。三、探放設(shè)計核心內(nèi)容探放設(shè)計的核心是鉆孔布置與排水系統(tǒng)設(shè)計，需結(jié)合水害類型、地質(zhì)條件精準(zhǔn)確定參數(shù)。（一）探放水區(qū)域劃分根據(jù)掘進工作面與水害源的距離，劃分危險區(qū)、威脅區(qū)、安全區(qū)（見表1），明確探放重點：區(qū)域類型劃分標(biāo)準(zhǔn)探放要求危險區(qū)距離水害源（老空區(qū)、斷層、含水層）≤超前距離必須進行超前探放，鉆孔穿透水害源威脅區(qū)超前距離＜距離≤2倍超前距離需進行補充探放，驗證水害源是否穩(wěn)定安全區(qū)距離＞2倍超前距離可不探放，但需加強動態(tài)觀測（二）鉆孔設(shè)計1.鉆孔布置參數(shù)（以老空水探放為例）孔數(shù)：3-5個（扇形布置，覆蓋迎頭及兩側(cè)10-20米）；孔距：≤3米（確保相鄰鉆孔重疊，無探測盲區(qū)）；方位角：主孔沿掘進方向，兩側(cè)孔分別向左右偏轉(zhuǎn)15°-30°（根據(jù)老空區(qū)范圍調(diào)整）；傾角：根據(jù)老空區(qū)水位標(biāo)高調(diào)整，一般為0°-10°（俯角，確保鉆孔能進入老空區(qū)積水）；深度：\(L=L_1+L_2\)，其中\(zhòng)(L_1\)為超前距離（≥30米），\(L_2\)為掘進循環(huán)進尺（如1.5米/循環(huán)，則\(L=31.5\)米）；覆蓋范圍：鉆孔終孔位置需超出老空區(qū)邊界5-10米（確保徹底探放）。2.鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計開孔直徑：____mm（便于下套管）；套管規(guī)格：無縫鋼管，壁厚≥5mm，長度≥松散層厚度+2米（如松散層厚10米，套管長12米）；固管工藝：用42.5級水泥漿固管，水泥漿水灰比1:1，固管后做耐壓試驗（壓力≥1.5倍靜水壓力，持續(xù)30分鐘無泄漏）；終孔直徑：75-91mm（滿足水量觀測與放水要求）。3.不同水害類型鉆孔布置要點水害類型鉆孔布置方式關(guān)鍵參數(shù)老空水扇形布置（3-5孔）孔距≤3米，超前距離≥20米斷層水交叉布置（2-3孔）穿透斷層帶5-10米，方位角與斷層走向垂直巖溶水定向布置（1-2孔）針對物探異常區(qū)，深度達到含水層頂板以下10米孔隙水平行布置（2-3孔）沿巷道頂板方向，深度達到松散層底部（三）水量預(yù)測與排水系統(tǒng)設(shè)計1.水量預(yù)測采用比擬法或公式法預(yù)測涌水量：比擬法：\(Q_2=Q_1\times\frac{S_2}{S_1}\)，其中\(zhòng)(Q_1\)為相鄰鉆孔涌水量，\(S_1\)為相鄰鉆孔水位降深，\(S_2\)為本鉆孔預(yù)計水位降深；公式法（裘布依公式）：\(Q=\frac{2\piKHM}{\lnR-\lnr}\)，其中\(zhòng)(K\)為滲透系數(shù)（m/d），\(H\)為水頭高度（m），\(M\)為含水層厚度（m），\(R\)為影響半徑（m），\(r\)為鉆孔半徑（m）。2.排水系統(tǒng)設(shè)計水泵選擇：流量\(Q≥1.5\timesQ_{\text{max}}\)（\(Q_{\text{max}}\)為最大涌水量），揚程\(H≥\text{水位高度}+\text{管路損失}\)（管路損失按每100米5米水頭計算）；排水管選擇：直徑\(d=\sqrt{\frac{4Q}{\piv}}\)（\(v\)為水流速度，取1-2m/s），材質(zhì)為無縫鋼管或PE管（耐壓≥1.5倍靜水壓力）；水倉設(shè)計：容量≥24小時最大涌水量（如最大涌水量為50m3/h，則水倉容量≥1200m3）。四、施工工藝與技術(shù)要求探放設(shè)計的有效性需通過規(guī)范施工實現(xiàn)，施工過程需重點控制以下環(huán)節(jié)：（一）鉆機選擇根據(jù)鉆孔深度、直徑選擇合適鉆機：深度≤100米、直徑≤130mm：選擇ZY-750型液壓鉆機（輕便、靈活）；深度____米、直徑≤150mm：選擇ZY-1250型液壓鉆機（動力強、穩(wěn)定性好）；定向鉆孔：選擇ZDY-3200型定向鉆機（精度高、偏差?。＃ǘ┦┕ち鞒?.測量定位：用全站儀確定鉆孔位置（誤差≤50mm），標(biāo)注在巷道幫部；2.鉆機安裝：用錨桿固定鉆機（錨桿深度≥1.5米），調(diào)整鉆機角度（與設(shè)計方位角、傾角偏差≤1°）；3.開孔：用110mm鉆頭開孔，鉆進至套管長度（如12米）；4.下套管：將套管緩慢放入孔內(nèi)，套管底部距孔底≤0.5米；5.固管：用注漿泵注入水泥漿，待水泥漿凝固（≥24小時）后，做耐壓試驗；6.掃孔：用75mm鉆頭掃通套管內(nèi)水泥漿，確保鉆孔暢通；7.鉆進：按設(shè)計參數(shù)鉆進，每10米用測斜儀測量鉆孔偏差（頂角偏差≤1°，方位角偏差≤2°）；8.取芯與觀測：每鉆進10米取一次巖芯（保留率≥80%），記錄巖性、裂隙發(fā)育情況；每5米測量一次水位（用測繩），每小時記錄一次水量（用流量計）；9.放水：當(dāng)鉆孔揭露水害源時，緩慢開啟放水閥（控制水壓≤0.5MPa），避免涌水過大；10.封孔：放水結(jié)束后，用水泥漿封孔（封孔深度≥套管長度），防止水害復(fù)發(fā)。（三）施工技術(shù)要求偏差控制：每10米測斜一次，鉆孔終孔位置與設(shè)計位置偏差≤0.5米（深度≤100米）；水位觀測：發(fā)現(xiàn)水位突然下降（≥0.5米/小時）或上升（≥0.3米/小時），立即停止鉆進，分析是否揭露含水層或老空區(qū)；水量觀測：當(dāng)涌水量超過預(yù)測值1.2倍時，立即啟動備用排水系統(tǒng)，報告調(diào)度室；巖芯分析：若巖芯中發(fā)現(xiàn)斷層泥、炭屑（老空區(qū)標(biāo)志），立即停止鉆進，調(diào)整鉆孔參數(shù)。五、安全保障措施（一）現(xiàn)場安全管理專人監(jiān)護：每班配備1名專職安全監(jiān)護人員，負(fù)責(zé)觀察鉆孔情況、鉆機運行情況、人員安全（如發(fā)現(xiàn)鉆機傾斜，立即停止作業(yè)）；警示標(biāo)志：在掘進工作面設(shè)置“探放水作業(yè)中，禁止無關(guān)人員進入”的紅色警示標(biāo)志，拉設(shè)警戒繩；應(yīng)急設(shè)備：配備潛水泵（流量≥50m3/h）、排水管（直徑≥100mm）、急救箱、通訊設(shè)備（對講機、電話）。（二）應(yīng)急處置預(yù)案涌水處置：立即停止鉆進，關(guān)閉鉆機，啟動排水系統(tǒng)，報告調(diào)度室；若涌水量持續(xù)增大（≥100m3/h），立即撤離人員（沿撤離路線逃生，路線需設(shè)置明顯標(biāo)志）；透水處置：立即發(fā)出警報（鳴笛、打電話），通知相鄰工作面人員撤離；撤離時要避開涌水方向，向高處走（如巷道頂板以上的安全出口）；瓦斯超限處置：若鉆孔揭露瓦斯（濃度＞1%），立即停止作業(yè)，關(guān)閉鉆機，啟動局部通風(fēng)機（風(fēng)量≥150m3/min），待瓦斯?jié)舛冉抵?%以下后，方可繼續(xù)作業(yè)。（三）人員培訓(xùn)崗前培訓(xùn)：施工人員需經(jīng)防治水專業(yè)培訓(xùn)（時長≥40小時），考核合格后方可上崗；培訓(xùn)內(nèi)容包括探放水流程、安全規(guī)程、應(yīng)急處置方法；班前會：每班作業(yè)前，班組長需強調(diào)當(dāng)日探放任務(wù)、安全注意事項（如“今日鉆孔深度30米，需重點觀察水位變化”）；應(yīng)急演練：每季度組織一次水害應(yīng)急演練（如透水撤離演練），提高人員應(yīng)急反應(yīng)能力。六、驗收與效果評價（一）驗收程序與內(nèi)容自檢：施工單位完成探放作業(yè)后，自行檢查鉆孔參數(shù)（孔數(shù)、孔位、孔深、孔徑）、套管質(zhì)量（長度、固管壓力）、排水系統(tǒng)（水泵能力、水倉容量）；專項檢查：地質(zhì)部門派專人現(xiàn)場檢查，核對鉆孔柱狀圖（巖芯描述、水位記錄）、水量觀測數(shù)據(jù)（涌水量、水壓）；竣工驗收：由煤礦總工程師組織，地質(zhì)、通風(fēng)、安全、施工等部門參加，驗收合格后出具《探放水驗收報告》（內(nèi)容包括驗收結(jié)論、存在問題及整改要求）。（二）效果評價短期評價：掘進過程中，觀察工作面是否有滲水（≤0.1m3/h）、涌水（＞0.1m3/h）；若沒有水害發(fā)生，說明探放設(shè)計有效；若有滲水，需分析是否是探放不徹底（如鉆孔未覆蓋老空區(qū)邊界），調(diào)整后續(xù)鉆孔參數(shù)；長期評價：每季度對掘進工作面水害情況進行統(tǒng)計，分析探放設(shè)計的合理性（如“某工作面探放后，連續(xù)3個月無滲水，說明鉆孔布置參數(shù)合理”）；資料歸檔：將探放水設(shè)計、施工記錄、驗收報告、水量觀測數(shù)據(jù)整理歸檔（存入煤礦地質(zhì)資料室），為后續(xù)掘進工作面探放設(shè)計提供參考。結(jié)論煤礦掘進現(xiàn)場水文地質(zhì)探放設(shè)計是水害