（6）防治水工作难易程度
针对本矿矿井水文地质特征，按照《煤矿防治水规定》要求，认真做好井上、井下水文地质和防治水工作，重点做好对采空积水、顶板砂岩水、构造水的防探工作。总的认为，防治水工作难度中等，工程量中等。划分为中等型。
综上所述，依据《煤矿防治水规定》关于矿井水文地质类型划分原则，确定3号煤层矿井水文地质类型为中等类型。
7.2 矿井防治水措施的确定
7.2.1 防治水煤柱的留设
五采区考虑的防水煤柱有：
（1）井田边界煤柱按20m留设；
（2）采空区防水煤柱按20m留设。
7.2.2 探放水措施及设备
1.探放水原则及安全措施
（1）严格执行“预测预报，有掘必探，有采必探，先探后掘，先治后采”的原则，尤其是采空区、越界采空区或构造附近掘进时，更应注意探放水，做到“有掘必探”。
（2）五采区巷道掘进前必须探明周边采空区范围及积水、积气情况，结合五采区采空区布置情况和巷道布置方式，有针对性的补充探放水措施。提前探放水，确认安全后方可作业。
（3）采掘工作面接近采（古）空区前，必须先探明、再确定放水措施。并将井巷出水点的位置及其水量，有积水的井巷及采空区的积水范围、标高和积水量，必须绘制在采掘工程平面图上。在水淹区域应标出探水线的位置。采掘到探水线位置时，必须探水前进。
（4）在接近含水层、导水断层、未封闭又可能导水的钻孔、水文复杂又情况不明地段时，必须进行探放水，坚持“有掘必探、先探后掘”。必须查出其确切位置，并按规定留设防水煤（岩）柱。巷道必须穿越构造时，必须探水前进，如果前方有水，应超前预注浆封堵加固，必要时预先建筑防水闸门或采取其它防治水措施。
（5）在掘进工作面或其它地点发现有透水预兆（挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板膨起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等异状）时，必须停止作业，采取措施，报告矿调度室。如果情况危急，必须立即发出警报，所有受水患威胁人员迅速撤离现场。
（6）探水或接近积水地区掘进前或排放被淹井巷的积水前，必须编制探放水设计，并采取防止瓦斯和其它有害气体危害等安全措施。
（7）钻孔放水前，必须估计积水量，根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水流量，放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量、水压，做好记录。若水量突然变化，必须及时处理，并立即报告矿调度室。
（8）排除井筒和大巷的积水以及恢复被淹井巷前，必须有矿山救护队检查水面上的空气成分，发现有害气体，必须及时处理，排水过程中，如有被水封住的有害气体突然涌出的可能，必须制定安全措施。
（9）探放老空区水前，首先要分析查明老空水体的空间位置、积水量和水压。老空积水区高于探放水点时，只准打钻孔探放水；探放水时，必须撤出探放水点以下部位受水害威胁区域内的所有人员。探放水孔必须打中老空水体，并要监视探放水全过程，核对放水量，直到老空水放完为止。
钻孔接近老空，预计可能有瓦斯或其他有害气体涌出时，必须有瓦斯检查工或矿山救护队员在现场值班，检查空气成分。如有瓦斯或其他有害气体浓度超过《煤矿安全规程》规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报矿调度室，及时处理。
（10）钻孔内水压过大时，应采用反压和有防喷装置的方法钻进，并有防止孔口管和煤（岩）壁突然鼓出的措施。
（11）钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异状时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人员应立即向矿调度室报告，并派人监测水情。如果发现情况危急时，必须立即撤出所有受水威胁地区的人员，然后采取措施，进行处理。
（12）预计水压较大的地区，探水钻进之前，必须先安好孔口管和控制闸阀，进行耐压试验，达到设计承受的水压后，方准继续钻进，特别危险的地区，应有躲避场所，并规定避灾路线。
2.探放水措施及设备
根据国家安全生产监督管理总局下发的《煤矿防治水规定》确定：矿井设专职探放水队伍、专用探放水设备和专项探放水措施。
根据矿井的涌水量情况和掘进方式，设计回采工作面探水钻机采用ZQJ-150/2，掘进工作面探水钻机采用ZDY1200。ZQJ-150/2型探水钻主要技术参数如下：钻孔最大深度：100~200m；开孔直径：Φ110mm；终孔直径：Φ75mm；钻孔倾角：0~90◦；配用电机：2kW；外形尺寸（长×宽×高）：2410×580×570mm；净重：269kg。ZDY-1200S型探水钻主要技术参数如下：钻孔最大深度：200~300m；开孔直径：Φ110mm；终孔直径：Φ75mm；钻孔角度范围：0~360◦；配用电机：22kW；外形尺寸（长×宽×高）：1850×710×1460mm；净重：1360kg。
要求严格执行“预测预报，有掘必探，有采必探，先探后掘，先治后采”的探放水工作：
钻孔深度：200m；开孔直径：Φ110mm；终孔直径：Φ75mm；
探水孔布置方式：钻孔呈半角扇形布置在巷道上帮。
钻孔孔数：一般布置3组每组不少于3孔。
钻孔水平夹角角度：根据采空区规模确定，较大取7°～15°；较小取1°～3°。
钻孔倾角：应根据煤层产状换算而定。
安装钻机探水前，必须遵守下列规定：
（1）加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和栏板。
（2）清理巷道，挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时，必须配备与探放水量相适应的排水设备。
（3）在打钻地点或附近安设专用电话。
（4）测量和探放水人员必须亲临现场，依据设计，确定主要探水孔的位置、方位、角度、深度以及钻孔数目。
（5）打钻前，应明确是否有封闭不良或质量可疑、有突水可能的钻孔。
（6）钻孔终孔位置以满足平距3m为准，煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5m。
7.2.3 其他安全措施
1.与周边矿井贯通的综合防治措施
在日常生产中，应查清相临矿井的水文地质条件。加强水文地质基础工作，加强矿井水害预测预报工作，采用适合本矿井的物探、钻探、化探等先进的综合探测技术，查明矿井或采区水文地质条件；定期收集、调查核对本矿及相临煤矿的废弃老窑情况，编制《矿井综合水文地质图》、《矿井充水性图》等基础图纸，为水害防治工作提供详实、可靠的技术依据。同时加强掘进工作面探放水的技术管理。对小窑老空充水区、充水巷道、导水断层、强含水层、陷落柱、老钻孔等需要探放水的地区，都必须确定探水警戒线，必须先探后掘，严格掌握钻孔的超前距离。钻进时发现煤岩松软、片帮等异常现象时，必须停止钻进，撤离所有受水威胁的人员。探放老空积水的超前钻孔应成组布置，并在巷道前方的水平面和竖直面呈扇形。终孔位置以满足平距3m为准，煤层内各孔终孔的垂直距离不得超过1.5m；探放断裂构造水时，探放钻孔沿掘进方向的前方和下方布置，底板方向的钻孔不得少于2个；严禁用煤电钻代替专用探水钻进行探放水。总而言之，一定要坚持“有掘必探，先探后掘（采）”的原则，一旦与周边矿井打通，对于临矿的有害气体，一般采用瓦斯积聚的处理方法，同时应退回矿界内20m处进行永久密闭。如果小窑老空的有害气体浓度偏高，则必须先进行抽放，再采取相应处理方式。如果临矿为积水区，可采用截水和堵水两种措施。在涌水的巷道中设置防水闸门或水闸墙。堵水采用注浆堵水，将专门制备的浆液通过管道压入地层裂隙或孔洞，经凝结、固化后达到隔绝水源的目的。
2.被淹矿井的修复
矿井被淹没后，排除积水是极为重要的。排水工作很复杂，首先要对水资源进行调查研究，然后选择适当能力的排水设备，组织力量进行排水和恢复工作，排水的方法有：
⑴ 直接排干法。就是增加排水能力，直接把井巷中的积水全部排干，此法只能在水量不大或水源有限的情况下采用。
⑵ 先堵后排法。当井下涌水量特别大，增大水泵能力不可能将水排干时，则必须先堵住涌水通道，然后再进行排水。
在整个恢复工作期间，必须十分注意通风工作，排出有害气体。排水期间的安全措施有：
①经常检查瓦斯。当井筒空气中瓦斯含量达到1%时，停止向井下输电。排水时瓦斯含量降到1%以下。
②及时检查其他有害气体。
③严禁在井筒内或井口附近用明火灯或出现其他火源。
④在井筒内安装排水管或进行其他工作的人员，都必须佩带安全带和自救器。
⑤在恢复井巷时，应特别注意防止冒顶与坠井事故。
3.井下透水事故的处理
⑴ 必须了解水灾的地点、性质、估计突出水量、静止水位、突出后涌水量、影响范围、补给水源及影响的地面水体。
⑵ 掌握灾区范围。如发生事故前人员分布、矿井中自下而上条件的地点、进入该地点的可能通道。
⑶ 按积水量、涌水量组织强排，同时，发动群众堵塞地面补给水源，排除有影响的地表水体积水，必要时可采用灌浆堵水。
⑷ 加强排水与抢救中的通风，切断灾区电源，防止一切火源。
7.2.4 井下排水
排水系统：采掘工作面（WG80）→五采区水泵房（80D-30×10）→中央水泵房（MD85-45×6）→地面矿井水处理站。中央水泵房内安装有三台D85—45×5型水泵，分别作为井下工作、备用、检修水泵，本次采煤机械化改造确定中央水泵房仍为主排水系统。
（一）采区水泵房设备选型
1.设计依据
矿井采区正常涌水量16.4m3/h，最大涌水量17.4m3/h；排水管长L＝2100m，排水高度H＝85m，倾角1°~5°。
2.设备选型
（1）初选水泵
①水泵排水能力的计算
矿井正常涌水时，工作水泵排水能力：
矿井最大涌水时，工作水泵和备用水泵总排水能力：
式中：qz——矿井正常涌水量，m3/h；
qzmax——矿井最大涌水量，m3/h；
QB——工作水泵必须的排水能力，m3/h；
QBmax——工作与备用水泵必须的排水总能力，m3/h。
②水泵扬程的计算
式中：HP——排水高度，85m；
HX——吸水高度，取5 m；
K——管路损失系数，巷道倾角α<20°，K=1.30~1.35。
③水泵型号、总台数的确定
根据计算，选用现有80D-30×10型水泵三台，一台工作，一台备用，一台检修。额定流量46m3/h，额定扬程300m，电机型号YB2-280S-2，功率75kW，转速2950r/min，效率70%，必须汽蚀余量3.0m。矿井正常涌水及最大涌水时均一台水泵工作。
（2）管路的确定
①管路趟数及泵房内管路布置的确定
五采区水泵房设于3501上分层回采工作面附近，排水管路经由五采区水泵房、五采区轨道下山巷、五采区运输下山巷、3500运输巷、皮带下山巷敷设至中央水泵房。
②管径计算
式中：Qn——所选水泵的额定流量，46m3/h；
vp——排水管中的流速，一般取1.5~2.2m/s，设计取2.0m/s。
查表选取Φ108×4.0型无缝钢管为排水管，选取Φ133×4.0型无缝钢管为吸水管。排水管路经由五采区水泵房水泵房、五采区轨道下山巷、五采区运输下山巷、3500运输巷、皮带下山巷敷设至中央水泵房；正常涌水时为一趟工作，一趟备用；最大涌水时为两趟工作。
③管壁厚度验算
排水管路壁厚按下式计算：
无缝钢管
式中：——计入附加厚度后的管壁计算厚度（cm）；
——管子计算壁厚（cm）；
——计入制造负偏差和腐蚀的附加厚度（cm）；
——计算管段的最大工作压力（MPa）；
——管子外径（cm）；
——管子焊缝系数，无缝钢管可取1；螺旋焊接钢管双面焊
（全部探伤）可取1；螺旋接焊钢管双面焊（不探伤）
可取0.7；
——管材许用应力（MPa）。
0.22cm＜0.4cm，满足要求。
（3）管道特性曲线及工况的确定
①吸水管阻力损失
式中：φ2′——吸水管直管阻力系数，φ2′=λLx/ds；
L——吸水管长度，取9m；
φ3′——吸水管弯管阻力系数；
z3′——吸水管弯管数量，个；
φ4′——逆止阀和滤网的阻力系数。
②排水管阻力损失
式中：φ1——速度压力系数，取1；
φ2——直管阻力系数，φ2=λLd/dg；
φ3——弯管阻力系数；
z3——弯管数量，个；
φ4——闸阀阻力系数；
z4——闸阀数量；
φ5——逆止阀阻力系数。
③水泵所需总扬程H
前期水泵扬程H为：
H1=Ha+Hs+（Haf+Hsf）=85+5+110.3+0.98=201.3m
考虑排水管淤积而增加的阻力，将计算的管路损失乘以1.7系数，水泵后期所需总扬程H应为：
H2=Ha+Hs+1.7（Haf+Hsf）=85+5+1.7×（110.3+0.98）=279.2m
（4）水泵工况点确定
①前期水泵工况点
式中：Ht——吸水面至排水口几何高差，Ht=Ha+Hs，m；
Xa——水泵级数。
按H=Ht+RQ2＝90+5.3×10-2Q2，在水泵性能曲线图上绘制管路特性曲线图，得前期工况点：Q1=56.8m3/h，H1=261.9m，η1=67.4%。
前期排水时间：正常涌水时日排水时间6.9h；最大涌水时日排水时间7.4h。
②后期水泵工况点
式中：Ht——吸水面至排水口几何高差，Ht=Ha+Hs，m；
按H=Ht+RQ2＝90+8.9×10-2Q2，在水泵性能曲线图上绘制管路特性曲线图，得后期工况点：Q2=48m3/h，H2=294.7m，η2=70%。
后期排水时间：正常涌水时日排水时间8.2h；最大涌水时日排水时间8.7h。
（5）电动机容量
水泵轴功率：
式中：η1——水泵工况点工作时效率；
Q1——水泵工况点工作时流量，m3/h；
H1——水泵工况点工作时扬程，m；
ρ——矿井水的密度，kg/m3。
电动机容量：
式中：ηc——传动效率，0.98；
k——富裕系数，取k= 1.1。
故选用电动机合适。
（6） 供电及控制
主排水泵选用QBZ-120型矿用隔爆型真空电磁启动器，660V供电电源由井下采区变电所直配。
7.2.5 地表水的防治
1.地形、地势及水系
井田地处太行山南段西侧，地貌属剥蚀、侵蚀低山区。井田内沟谷纵横，沟谷及山梁总体走向北西，总的地势为西北高、东南低。地形最高点位于井田西北，地面高程773m，最低点位于井田东南部的张沟，地面高程595.94m，最大相对高差177.06m。
井田内河流属黄河流域沁河水系芦苇河支流。矿区内河谷属芦苇河支流—张沟，属季节性河沟，平时干涸无水，雨季有短暂洪流。五采区范围内地表没有河流。
2.地表水防治工程及装备
该矿主斜井、副斜井、安全出口斜井和回风立井的井口标高均高于最高洪水位，因此井口不受洪水威胁。
每年汛期前必须将井筒周围的导水沟渠挖通，汛期要加强防洪和矿井排水工作；树立防水意识，重视防水工作，对工人进行有关水害知识的教育和有关出水征兆的识别。加强对矿井涌水量和地表塌陷区的观测，及时掌握有关涌水量的变化情况，对突然增大的涌水量，要查明水源及水量变化情况，分析其原因，采取有效措施，制止水害事故发生；必须经常检查矿区地表是否存在导水裂隙或其他导水通道，发现裂隙及其他导水通道，应及时将其回填密实。
7.2.6 小窑、老窑水防治
五采区东侧、北侧为采空区，且采空区开采年限也较早，根据沁和能源集团有限公司永安煤矿采空区积水、积气及火区调查报告：五采区东侧采空区积水量约为1.50万m³，五采区北侧采空区积水量约为2.24万m³，对五采区开采造成威胁。因此五采区开采时主要防治采空区积水。针对五采区防治水的特点，设计对其采取了以下防治措施：
①采煤工作面和掘进工作面配备了探水钻机，遵循“预测预报，有掘必探，有采必探，先探后掘，先治后采”的原则，尤其是构造附近掘进时，更应注意探放水，做到“有掘必探”。设计配备1台ZQJ-150/2型和2台ZDY-1200S型探水钻机，共3台，作为专用探水钻服务于全矿井探放水。
②在掘进工作面或其它地点发现有透水预兆（挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板膨起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等异状）时，必须停止作业，采取措施，报告矿调度室。如果情况危急，必须立即发出警报，所有受水患威胁人员迅速撤离现场。
③采掘工作面接近采（古）空区前，必须先探明、再确定放水措施。并将井巷出水点的位置及其水量，有积水的井巷及采空区的积水范围、标高和积水量，必须绘制在采掘工程平面图上。在水淹区域应标出探水线的位置。采掘到探水线位置时，必须探水前进。
④探水或接近积水地区掘进前或排放被淹井巷的积水前，必须编制探放水设计，并采取防止瓦斯和其它有害气体危害等安全措施。
⑤探放老空区水前，首先要分析查明老空水体的空间位置、积水量和水压。老空积水区高于探放水点时，只准打钻孔探放水；探放水时，必须撤出探放水点以下部位受水害威胁区域内的所有人员。探放水孔必须打中老空水体，并要监视探放水全过程，核对放水量，直到老空水放完为止。
钻孔接近老空，预计可能有瓦斯或其他有害气体涌出时，必须有瓦斯检查工或矿山救护队员在现场值班，检查空气成分。如有瓦斯或其他有害气体浓度超过《煤矿安全规程》规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报矿调度室，及时处理。
⑥钻孔内水压过大时，应采用反压和有防喷装置的方法钻进，并有防止孔口管和煤（岩）壁突然鼓出的措施。
⑦钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异状时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人员应立即向矿调度室报告，并派人监测水情。如果发现情况危急时，必须立即撤出所有受水威胁地区的人员，然后采取措施，进行处理。
⑧预计水压较大的地区，探水钻进之前，必须先安好孔口管和控制闸阀，进行耐压试验，达到设计承受的水压后，方准继续钻进，特别危险的地区，应有躲避场所，并规定避灾路线。
