井下水文地质钻孔设计思路简析

井下水文地质钻孔设计思路简析

王勇强宋先平

淮南矿业集团勘探工程处安徽淮南232001

摘要：水文地质钻探是直接探明地下水的一种最重要、最可靠的勘探手段，是进行各种水文地质试验的必备工程。在煤矿工作中就经常遇到施工探放水钻孔，利用钻孔可以进一步查明含水层的岩性、构造、厚度、埋深分布及水量、水质、水温等水文地质条件、特征和参数。解决和验证水文地质测绘和物探遥感工作中难以解决的水文地质问题，为此在施工前进行探放水施工的技术设计是必须切实可行的。文章主要探讨了煤矿井下探放水钻孔的设计思路，希望可以为类似钻孔设计提供一种借鉴。

关键词：探放水；钻孔设计；水文地质

水文地质勘查旨在查明矿区水文地质条件及矿床充水因素，对地下水的分布和变化规律有基本的了解，采取必要的措施预防和解决存在的水文地质问题，对矿区水文地质灾害的预防起到关键的作用。根据钻孔所担负的主要任务，可将水文地质孔分为五类:勘探孔、试验孔、观测孔、开采孔和探放水孔。在各种水文地质钻孔中，勘探孔也称为一般水文地质孔，而试验孔、观测孔、开采孔和探放水孔则称为专门水文地质孔。与一般地质钻探比较,水文地质钻探的特点是钻孔直径较大,钻进工艺和成井工艺比较复杂,所用的设备能力也比较大。

1水文地质分析内容

1.1老窑、老空积水分析内容

老窑、老空积水分析内容包括：老窑名称、编号、地理位置、经纬距、标高、开采时间、层别、采出煤量、停采原因、相邻式窑关系、老空水距地表深度及积水范围内的积水量、经常涌水量和水头高度等。

1.2老采空区积水分析内容

老采空区积水分析内容包括：积水巷道名称、标高、层别、积水量和经常涌水量和水头等。

1.3未封或虚封导水钻孔分析内容

未封或虚封导水钻孔分析内容包括：孔号、孔深、孔径、地表位置、经纬距及标高与各煤层新旧采区的关系、含水层情况等。

1.4含水断层分析内容

含水断层分析内容包括：实际巷道所见的断层走向倾向、倾角、落差、破碎带宽度、破碎带交结情况、以往的出水特点、涌水量、水压或水位标高等。

1.5煤层底板的含水层

煤层底板的含水层包括：含水层名称、岩柱、厚度、水位水量及其与采煤层的间距等。

1.6确定积水线、探水线和警戒线

根据水源分析情况，在采掘“工程平面图”上按水源的范围确定积水线，在积水线的基础上平等外推60–150米而划定探水线，警戒线是在探水线的基础上平等外推50–150米而划定。

2水文地质钻孔布置原则

依据工作区实际地质地貌特征，遵循相关规范，并符合经济要求：①水文勘探设计前，必须充分收集已有的地质、水文地质和物探资料，把设计重点放在未查清的地段上；②根据不同目的和水文地质勘探的阶段进行勘探设计和布置水文地质钻孔；③对控制水文地质条件的钻孔应先疏后密、点线结合、深浅结合：④水文地质钻孔以探为主，在查明水文地质条件的基础上应尽量做到一孔多用，如用于供水排水疏干及长期观测等；⑤可根据施工中出现的新情况或获得的新资料，对原计划方案进行必要的修改和调整

3设计探水孔的设计方案

每次探水孔的位置由探水的深度、探水超前距离和巷道允许掘进的距离而定；探水钻孔的超前距离、巷道允许掘进距离、帮距和密度的确定。

3.1超前距

探水时从探水线开始向前方打钻探水、一次打透积水的情况较少，常是探水——掘进——探水循环进行，而探水钻孔的终孔位置应始终保持超前工作面一段的安全距离，这段距离简称超前距。如下图1所示。

3.2允许掘进距离

经探水后，证实无滴水穿石威胁，可以安全掘进的长度称为允许掘进距离。

3.3帮距

为使巷道两帮与可能存在的老空积水间保持一定的安全距离，即扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离。其值应与超前距离相同，可用相应公式计算。

超前距、帮距除用上式计算外，也可参照有关经验值确定，关于煤层的KP值，各矿区针对煤层的不同厚度和硬度进行试验测定。

3.4钻孔密度（孔间距）

允许掘进距离的终点横剖面上探水钻孔之间的间距，一般不得超过3米，以防漏掉老空巷。

3.5探水钻孔布置方式

（1）倾斜煤层平巷和上山巷道探水钻孔布置方式、钻孔数量和夹角大小见下图2。

（2）在高水压、水量大或煤层松软、节理发育的情况下，应采用隔离式探水

4探放水钻孔孔数的确定

4.1单孔出水量

q=c.ω√2gh

式中q——单孔出水量，m3/s;

c——流量系数，一般取0.6—0.62

ω——钻孔的断面积，m2；

g——重力加速度，g=9.81m/s2

h——钻孔出口处的水头高度，m，为计算钻孔的平均放水量，h可取最大水头高度的40%—50%，

4.2最大应放水量

Qmax=ω/t+Q动

式中ω——净储量或老空积水量，m3；

t——允许放水时间，s;

Q动——动储量或老空水常补给量，m3/s；

4.3小窑老空积水量

ω=K.M.L.h/sina

式中ω——小窑老空积水量，m3；

M——采厚，m;

L——小窑老空走向长度，m;

h——小窑老空内的水头高度，m;

a——老空的充水系数，一般取0.3—0.5

4.4钻孔的孔数

N=Q/g

式中N——放水钻孔孔数；

Q——放水量

5结语

水文地质钻探是水文地质勘查工作中最基本的勘探手段，也是主要的、可靠的手段，具有其它勘查方法不可替代的优点。做好水文地质钻孔的布置、结构设计和水文地质观测工作将有利于为矿井水害防治和开发利用地下水提供宝贵的水文地质依据,水文地质资料的准确性直接关系到矿山的工程设计及生产安全。做好水文地质钻孔的布置、结构设计和水文地质观测具有十分重要的意义。在煤矿工作中水文地质钻探最重要的工作就是做好探放水的设计与施工，确保煤矿安全生产。

参考文献：

[1]罗岚.浅谈矿区水文地质勘探的技术要求[J].安徽地质，2011，04：296-298.

[2]任成广，马宏岩，李晓东.矿区水文地质勘探的技术要求[J].硅谷，2014，23：206+222.