高煤公司3上1104運輸巷探放高壓老硐積水研究分析

時鵬程 王詩海

（棗莊礦業(yè)集團高莊煤業(yè)有限公司，山東 微山 277605）

高煤公司礦井是從井田淺部逐步向深部開采的礦井，工作面巷道掘進時常會受到臨近上一個淺部工作面的老空區(qū)積水威脅。而在淺部工作面掘進下巷時經(jīng)常在下巷選擇合適位置開門施工探巷探測臨近未開采深部工作面的斷層走向。之后深部工作面掘進透窩探巷時，會受到淺部工作面積水和灌入探巷積水的威脅，且水壓較高。對探放探巷內(nèi)高壓積水進行研究分析，為高煤公司巷道掘進提供可靠的安全保障，具有重大意義。

1 工程概述

高煤公司3上1104運輸巷為3上1104工作面下巷，在其臨近淺部3上1102工作面的運輸巷（下巷）為查明斷層走延展向已設(shè)計的臨近平行布置的3上1104工作面內(nèi)施工1號探巷。3上1104運輸巷（下巷）沿3上煤層掘進，將與3上1104面1號探巷透窩，3上1104面1號探巷及3上1102采空區(qū)內(nèi)在3上1102工作面開采完畢后積聚了大量積水：積水量116590m3，積水面積69332 m2，積水標(biāo)高-492.4～-446.5m，積水水頭高達45.9 m，上述積水對3上1104運輸巷掘進構(gòu)成威脅。根據(jù)3上1104運輸巷設(shè)計，預(yù)計該巷道與1號探巷透窩的底板標(biāo)高為-488.1 m，據(jù)此推算對巷道掘進造成威脅的老空區(qū)積水水壓為0.416 MPa，鉆探后能放出水量77436m3，水頭水壓將降低41.6m。

2 鉆場安全煤柱留設(shè)情況分析

L-煤柱留設(shè)寬度，m；

K-安全系數(shù)，取3；

M-煤柱厚度或采高，取3.2 m；

P-水頭壓力，取0.416 MPa；

Kp-煤的抗拉強度，取0.15 MPa。

3上1104運輸巷探水位置距離積水區(qū)最小平距大于30 m，所以超前距符合《煤礦防治水規(guī)定》相關(guān)要求，能夠保障巷道安全。

3 探放水方案

為確保巷道施工安全，決定在3上1104運輸巷掘進至探水線位置時停止掘進，并在迎頭位置施工探放水鉆孔，超前對3上1104面1號探巷及3上1102采空區(qū)內(nèi)積水進行疏放，待積水疏放完畢、威脅解除后，方可恢復(fù)3上1104運輸巷掘進。

探放水過程中施工2個Ф75 mm鉆孔、1個Ф89 mm鉆孔，共施工3個鉆孔。

4 單孔涌水量及疏放積水用時預(yù)計

式中：

Q-單孔出水量，m3/s；

C-流量系數(shù)，取0.15；

W-鉆孔斷面積，m2；

g-重力加速度，9.8 m/s2；

H-鉆孔出水口處水頭高度，此處取41.6 m。

計算得Ф75 mm鉆孔最大放水量：

Ф89 mm鉆孔最大放水量：

在探放水過程中先施工1#鉆孔（Ф75 mm），再施工2#鉆孔（Ф89 mm），兩個鉆孔作為主放水孔；待放水后期施工3#鉆孔（Ф75 mm）作為驗證孔。

所以，3上1104工作面掘進期間探放3上1104面1號探巷及3上1102采空區(qū)積水預(yù)計最大放水量為164 m3/h。

考慮到目前3上1102采空區(qū)內(nèi)仍有10m3/h動水向3上1102采空區(qū)補充，按照平均預(yù)計放水量計算疏放積水用時：

5 鉆孔設(shè)計及鉆機選型

（1）鉆場布置、鉆孔設(shè)計

鉆場布置3個鉆孔，在探放水過程中先施工1#鉆孔（Ф75 mm，探水孔兼做放水孔），再施工2#鉆孔（Ф89 mm，做為放水孔），兩個鉆孔作為主放水孔；待放水后期施工3#鉆孔（Ф75 mm）作為驗證孔。鉆孔參數(shù)具體如下表。

表1 鉆孔具體參數(shù)表

施工順序：本次打鉆先施工1#鉆孔（Ф75 mm），再施工2#鉆孔（Ф89 mm），兩個鉆孔作為主放水孔；待放水后期施工3#鉆孔（Ф75 mm）作為驗證孔。

（2）止水套管長度的確定

按照《煤礦防治水規(guī)定》中 “水壓小于1 MPa止水套管長度必須大于5 m” 以及“探放老空積水止水套管長度不得小于10 m”的要求，此次探放水最高水壓0.416 MPa，止水套管設(shè)計為10 m。

（3）鉆孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)鉆機的性能和鉆探的目的確定鉆孔的結(jié)構(gòu)為：開孔孔徑為Φ127 mm，鉆進至10 m下108 mm套管10 m后變孔徑為Φ75 mm（或Φ89 mm）鉆進至終孔，取芯鉆進。

（4）鉆機的選型

本次打鉆采用的是煤科院西安分院生產(chǎn)的MK—Ⅲ型鉆機。該鉆機鉆探距離100～150 m，最大扭矩590 N?m，給進能力30 kN，起拔能力43 kN，滿足此次探放水需要。

6 施工安全措施

（1）由設(shè)計師設(shè)計水倉尺寸，掘進區(qū)隊按其設(shè)計在迎頭施工水倉。

（2）鉆機隊根據(jù)探放水鉆孔設(shè)計編制探放水施工安全技術(shù)措施，并同本設(shè)計一并傳達、學(xué)習(xí)，每個鉆探隊員必須經(jīng)考試合格后，持證上崗作業(yè)。

（3）1號探巷巷道尺寸較小，開鉆前由地測科測量人員對設(shè)計鉆孔角度放線，確保準(zhǔn)確鉆透。

（4）鉆桿后面和機頭附近嚴(yán)禁站人。套管外壁要焊上鋼筋，防止水壓過大套管崩出。打壓實驗時壓力要達到0.7 MPa，時間要持續(xù)0.5 h以上。

（5）施工過程中要做到鉆探記錄清楚，孔深丈量準(zhǔn)確，堅持每日上報地測科。

（6）施工前必須設(shè)置與調(diào)度室的直通電話，以便發(fā)現(xiàn)問題及時向調(diào)度室匯報。

（7）鉆孔接近采空區(qū)時，現(xiàn)場必須配有瓦斯檢查員在現(xiàn)場檢查氣體成分。如果在鉆進過程中瓦斯超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定濃度1.0%時，必須立即停止打鉆，撤出人員，并報告礦調(diào)度室，采取措施進行處理。

（8）打鉆過程中要密切注意觀察鉆場附近巷道的變化情況，如果鉆進時發(fā)現(xiàn)煤巖層變軟、片幫來壓或鉆孔水壓、水量突然增大以及有頂鉆異常時，必須停止打鉆，但不能拔出鉆桿，現(xiàn)場負(fù)責(zé)人要立即報告礦調(diào)度，及時采取措施進行處理。同時要通知受水害威脅地點人員撤至安全地點。

（9）按照預(yù)計164 m3/h的最大放水量，施工單位要提前在迎頭施工水倉并形成最大涌水量1.5倍即可排水246 m3/h涌水的排水系統(tǒng)。

（10）調(diào)度室及施工區(qū)隊要確保撤人報警系統(tǒng)安全可靠，一旦遇有特殊情況能及時撤離現(xiàn)場人員。

7 探水過程分析

7.1 隱患概況

由于3上1104運輸巷掘進前方要與1#探巷透窩，且1#探巷及3上1102采空區(qū)積水量達到116590m3，水頭高度45.9 m，因此將3上1104運輸巷老塘水定為探放水B級隱患。

7.2 工作開展情況

巷道掘進至距采空區(qū)30 m時，停止掘進準(zhǔn)備現(xiàn)場，測量組人員現(xiàn)場標(biāo)定3個鉆孔。鉆機隊人員施工3個鉆孔（1#孔+3°，36 m；2#孔+12°，38m；3#孔-3°，56 m）施工完畢，但均未打透，分析認(rèn)為施工中鉆桿上飄打到3上煤層頂板。次日，調(diào)整鉆機，在2#孔基礎(chǔ)上降低3°施工1個鉆孔（4#孔+9°），30 m透1#探巷，放水量40m3/h，最大壓力0.42MPa。之后依據(jù)已摸索的鉆孔孔斜規(guī)律，調(diào)整鉆孔角度,繼續(xù)施工鉆孔均鉆透采空區(qū)，成功疏放積水。

7.3 探水總結(jié)和經(jīng)驗

探放水期間，地測科防治水組及時掌握了3上1104運輸巷探放水鉆孔施工情況，并在平面圖上標(biāo)清鉆孔施工的位置、水量和水壓，收集好基礎(chǔ)資料。經(jīng)此次探放水，了解當(dāng)鉆孔在煤層中小傾角鉆機時孔斜較大，因此在超前30 m探放老空水時，應(yīng)充分考慮鉆孔孔斜因素，摸索規(guī)律，以便能準(zhǔn)確鉆透采空區(qū)。