掘進巷道超前探放水工程技術探討

摘 要：隨著現代社會的不斷發展，生活、生產對于能源的需求不斷增長，促進了我國煤礦企業的發展，但是不少煤礦企業不注重安全生產，出現盲目爭搶資源、越界開采等問題，給煤礦人員的生命安全埋下隱患。為了有效避免巷道掘進工程出現安全事故，采用超前探放水技術能夠有效提升掘進工程的安全性能，預防生產事故的發生。

關鍵詞：掘進巷道工程；超前探放水技術；生產安全

1 910掘進工作面及存在問題

1.1 工作面位置

910工作面為二水平一采區，地面標高在1439m～1446m，井下標高在1234～1254m，910工作面地面位置位于井田南部麻黃頭村東林地、耕地、溝谷，無居民居住。

910工作面井下位置北部為908工作面采空區；西部為一采區回風大巷、軌道大巷、膠帶大巷；南部、東部為實體煤（未采區域）。910運輸順槽、回風順槽上覆為410工作面采空區，對910工作面掘進有一定的影響。

910工作面走向長1278米（從9煤運輸大巷開始）、傾向長150米、面積191700m2，可采儲量估算204萬噸。

1.2 工作面水文地質情況

（1）9#煤層直接充水含水層為太原組上部砂巖裂隙含水層，屬弱富水性含水層；關于奧灰水，910工作面內9#煤層最低底板標高為1234m，均在本井田內奧灰水位標高（1057-1058m）之上，不存在奧灰水帶壓開采情況。

（2）910工作面北部相鄰908綜采工作面采空區，兩工作面間留設20米保護煤柱，在回采908面過程中有少量老塘積水，可能通過導水裂隙涌入910掘進工作面中。

（3）910工作面回風順槽上覆為410綜采工作面采空區，老塘內有一定量的殘余積水，910工作面掘進后，可能通過導水裂隙涌入910掘進工作面內，造成滴、淋水現象。

（4）在兩道低洼處設置臨時排水點，配備排水能力不低于50m3/h的水泵，并保證隨時可正常啟用，確保巷道不出現積水現象。

1.3 構造及煤層賦存情況

根據908運輸順槽切眼停頭處打超前鉆探13米揭露F1斜交正斷層，傾角70度，斷層落差在5～7米左右；910運輸順槽從9煤運輸大巷開窩向前掘進735米左右、910回風順槽向前掘進581米左右將見F1斷層。對盤煤層錯下，周圍煤層頂、底板受F1斷層影響較為破碎易冒落。910運輸、回風順槽向前掘進煤層有褶曲現象，煤層在2～5度起伏變化。4煤與9煤層間距平均54米左右。

910工作面煤層厚度為8.7～12.5m，煤層平均厚度為10.3m，煤層距地表最近距離為82m，最遠距離153m。煤層賦存情況良好，呈水平結構，略有起伏，結構單一。

1.4 水量及水壓預計

從理論來說，巷道上部土層含水不會對工程造成較大威脅，但是在掘進過程中可能導致上部土層出現縫隙，而這可能導致水分直接灌入縫隙中，進而形成水流通道，特別是在雨季或冰雪融化時期，對巷道掘進工程造成較大影響，可能發生滲水、涌水以及裂隙變大等問題。排除地震、洪水等突發事故的影響，僅以常見土地滲水作為標志，應用大井法計算該工作面最大涌水量為93.42m3/h；應用狹長巷道法計算該工作面最大涌水量為85.23m3/h；根據煤礦最大深度計算該工作面最大水壓應該<1.5MPa。

1.5 存在的問題及建議

本次巷道掘進過程中，根據相關規定應用高密度電法與瞬變電磁法進行檢測，發現巷道附近存在空氣，但未能明確采空區的具體部位，因此，需要采用超前探放水技術，早期發現采空區，并排空其中的積水，降低突水事件發生率，保障910工作面的生產安全。

2 超前掘進探放水工程設計

2.1 超前探放水目的

應用超前探放水技術主要是為了降低910工作面的安全隱患，并明確采空區具體位置，進而為后續排水工作提供科學依據，提高生產的安全性，保障工作人員的生命安全。

2.2 工程設計

《煤礦防治水規定》中明確指出，煤礦巷道掘進過程中對于采空區探放水時，需要科學布設探水孔，并將探水孔的間距保持在3m的最佳距離。文章主要針對超前距、允許掘進距離、幫距以及孔間距等參數的設定進行闡述。（1）超前距：在掘進巷道探水過程中，很難一次就探查到積水區，通常是在不斷的探水和掘進的循環之下，探水孔始終超過掘進工作面一段距離，這段距離被稱為超前距。本次工程中的超前距為30m。（2）允許掘進距離：其是指安全掘進相關標準。本次工程中的允許掘進距離為70m。（3）幫距：其是指運輸機與采空區之間必須保持的距離。一般情況下幫距為20m。（4）鉆孔密度：在允許掘進終點，探水孔之間的間距，本次研究中鉆孔密度為3m。

2.3 超前探放水工程布置

在910工作面輔助巷道882m處以及回風巷921m處發現異常區，由于無法確定采空區具體位置，所以在距離異常區150m處開始超前探放水工程。

3 施工工藝及技術要求

將鉆機調整至合適的角度和位置，并結合實際情況確定鉆機的方位角以及傾斜角，并使用數學模型觀察各參數的可行性和科學性。使用探測工具對各參數進行校驗。在安置好排水管后，連接排水管，使用排水泵抽出采空區積水，當水量逐漸減小后，關閉閥門，等待12h后進行2次排水，直至無明顯積水。在軟土巖層使用復合鉆頭鉆進，若出現硬巖層，可使用人造金剛石鉆頭鉆進，使用沖洗液清洗。全部調整到位后，開始鉆孔，在鉆機架上預先做好深度標記，利用深度標記進行成孔深度控制，并由電流表的數值判斷是否進入持力層。在施工過程中，采用雙控標準控制孔深，既滿足有效樁長，又保證樁端進入持力層≥50cm。在大面積施工前，首先進行試鉆工作，共試驗3個孔，由此取得鉆孔的合適參數。鉆進過程中需要隨時觀察周圍地質變化，并記錄各項參數以及沖洗液的使用情況。鉆井過程中要嚴格按照相關規范和標準做好記錄工作。

在確定好鉆孔位置后，需要由測量人員做好標記后，再由施工人員進行現場確認，進而保障鉆孔位置、方向、傾斜角以及深度等參數的科學性。鉆孔后也要不斷進行鉆進方向、角度的矯正，避免出現施工誤差。未經過上級部門批準，不得擅自更改施工計劃。加強巷道支護工程的施工管理，并且要預備排水能力超過910工作面滲水量的排水泵。定期檢測巷道支護設備以及通風情況。當鉆孔內水壓超過1.5MPa時，需要安裝防噴設備，預防積水從鉆孔內噴出，影響工程的進行。在鉆進過程中，一旦出現土質松軟、鉆孔返水、水量增長等現象，需要立即停鉆；若孔內壓較大，需要立即記錄深度，并向煤礦企業報告，尋找專人勘測實際情況，預防緊急事故的出現。

4 探放水效果

本期工程共進行了90個探放水孔施工，經實際觀測和后期檢驗大部分為干孔，只有兩個頂孔放出近5000m3水（上覆410采空區積水），一個前探孔放出少許F1斷層裂隙水。應用超前探放水技術能夠探查采空區及井下其他水源，觀測有無積水或有毒氣體存在，能夠保障巷道掘進工程的有序開展，降低安全事故的發生率。

參考文獻

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