綜合探測手段在掘進工作面過小窯影響區中的應用

王帥帥

(山西晉城煤礦業集團鳳凰山煤礦，山西 晉城 048007）

小窯私挖亂采一直是困擾著煤炭安全生產的難題。如小窯關閉后，不再進行排水治理，關閉的小礦將成為涌水聚集區，為礦井安全生產埋下了隱患。

晉煤集團鳳凰山礦是一座設計開采能力為400萬t/a的大型現代化礦井，由于歷史原因鳳凰山礦周圍小窯林立，這些小窯或因資源枯竭被迫關閉或在資源整合中被兼并重組。鳳凰山礦在布置一五三盤區XV3307工作面期間，掘進回風巷時所施工的超前探眼與前方小窯巷道探透出水，開始制定措施通過小窯影響區。

在通過小窯影響區的過程中，綜合運用了物探、鉆探、化探、測量及地面調查等手段進行立體探測，為工作面過小窯影響區提供了技術保障。

1 工程概況

XV3307工作面位于鳳凰山礦一五三盤區，屬于15#煤水平，盤區內布置三條盤區巷道，分別為一五三盤區軌道巷、皮帶巷、回風巷。XV3307工作面位于一五三盤區回風巷北側，設計一進一回兩條巷道，分別為XV3213巷（進風巷）與XV3214巷（回風巷），如圖1所示。

XV3307工作面上方為9#煤老窯區、IX4304采空區及小窯區，3#煤為3313工作面采空區、東風煤礦及南山煤礦采空區；上覆未被破壞的含水層主要為K2石灰巖，其為弱含水層，裂隙基本不發育。距一五三盤區回風巷474m處XV3214巷東側30m處（工作面內）有一小窯井筒1；距一五三盤區回風巷571m處XV3213巷東側164m處有一小窯井筒2。

圖1 XV3307工作面布置圖

2 過小窯空巷施工狀況

（1）XV3214巷超前探眼出水情況

XV3214巷在掘進至距巷口578m時，鉆探隊施工的超前探眼（3#孔）與巷道前方小窯巷道探透出水，出水量約3m3/h。鉆探隊當班施工人員立即將鉆探情況（見空、出水）詳細匯報礦調度，并取水樣進行化驗，結果顯示所取水樣為老空水。掘進隊組停止向前掘進。截至第二日早班鉆孔出水水量仍為3m3/h。

（2）XV3214巷排水系統

①巷道內鋪設兩趟6寸排水管路，其中一趟距巷道迎頭不小于20m，另一趟距巷道迎頭不小于50m.

② 距一五三盤區回風巷380m處有一容積為30m3的集中水倉，安裝3臺45kW離心泵，通過2趟6寸管向外排水；

③現有排水系統可以滿足80m3/h的排水要求。

（3）XV3214巷迎頭探放水施工措施

①將機組退至距巷道迎頭40m位置，將兩趟排水管路均接至距迎頭20m處。

②在距迎頭7m處巷道低洼處掘3×1×1.5（m）水倉，水倉內安裝15kW、30kW水泵各一臺，熱備15kW、30kW水泵各一臺，熱備水泵接入系統，熱備開關吊起至距巷道底板0.5m位置。

③另行制定探放水設計，并嚴格按設計進行施工。鉆孔設計圖紙見圖2。

④使用ZDY1200S型液壓鉆機進行鉆孔施工。

⑤鉆孔施工前對巷道迎頭進行了封幫，并進行注漿加固。

⑥施工時鉆孔孔口安裝長11m,Φ108mm的孔口管，孔口管前方安裝直通閘閥。

⑦孔口管安裝好后按照相關規定進行耐壓試驗。

⑧打鉆時鉆桿通過閘閥進行鉆進施工，鉆孔與空巷探透后，不得拔出鉆孔，應先進行觀察，待水量穩定且出水量在排水能力范圍內時方可卸掉鉆桿，滿孔放水。

⑨鉆孔總出水量控制在80m3/h以內。

圖2 針對見空出水探眼制定的探放水鉆孔設計

（4）巷道迎頭探放水情況

巷道內排水系統到位后，鉆探隊共在巷道掌面施工探放水鉆孔4個，具體施工情況見表1。

表1 XV3214巷578m處掌面探放水鉆孔施工參數

鉆孔全部施工完畢后總出水量在7～29m3/h之間，鉆孔施工完畢后經過捅孔，出水量最大為50m3/h，放水持續時間為20d，最終鉆孔總出水為2m3/h。

（5）XV3214巷探放水鉆場探放水情況

從巷道迎頭探放水情況（巷道左幫鉆孔未見空，右幫鉆孔出水量、水壓最大），結合調查結果（巷道前方有三條小窯空巷，與XV3214巷夾角大約為30°）分析，積水是從巷道前方右幫流向巷道正中并經探眼流出。根據以上情況分析，若在巷道右側施工較長的鉆孔即可將水流截流，可大大減輕巷道正前出水壓力。我們在巷道掌面退后15m巷道左幫掘了一個4×4（m）鉆場，在鉆場內進行鉆孔施工，共設計a、b、c、d、e 5個鉆孔，見圖3。

圖3 探放水鉆場鉆孔設計圖

在探放水鉆場內施工前，首先對探放水鉆場三面煤幫及迎頭至探放水鉆場進行注漿加固。注漿加固前采用7655氣腿式鉆機進行鉆孔，鉆孔深度2m，成孔孔徑43mm，鉆孔密度為3個/m2。注漿用材料為A、B料。鉆場注漿加固完成后，按照d、c、b、e、a的順序進行施工。

實際施工時僅施工鉆孔4個，未施工a孔。具體施工情況見表2。

表2 XV3214巷563m處探放水鉆場內鉆孔施工參數

鉆孔施工完畢后僅b孔出水，水量較大時出水量在15～45m3/h之間（維持時間大約為26h，之后水量減小為2m3/h并保持穩定），出水量最大為45m3/h，放水持續時間為8d，最終鉆孔總出水為2m3/h.

（6）綜合探放水效果分析

探放水場鉆孔施工完成2d后，巷道迎頭鉆孔及鉆場內鉆孔出水總量減小為6m3/h以下。本巷道迎頭鉆孔及放水鉆場鉆孔共計放水20d，總放水量為 8344m3。

探放水鉆場內b孔施工完成見空出水后，巷道迎頭鉆孔出水有一定量的減小，由此可分析通過在探放水鉆場內施工鉆孔對水流有一定的分流作用。由于探放水鉆場內鉆孔施工到位后前方小窯空巷內積水已所剩不多，故本次施工探放水鉆場鉆孔后，對迎頭鉆孔出水分流效果不明顯。

通過在鉆場內施工放水鉆孔，可有效增大放水總量，便于巷道管理，而且相較于在巷道迎頭增加鉆孔數目而言，不會使得巷道迎頭鉆孔密度太大導致迎頭煤體整體性遭到破壞，而對巷道安全造成威脅。

本次探放水整體取得了良好的效果。

3 過小窯空巷經驗

巷道迎頭及探放水鉆場總出水量減小至4m3/h以下時，掘進隊組開始向前掘進。排水設施及時跟進，超前探仍執行加密探測，鉆探隊探50m，掘進隊組向前掘進10m，并且掘進隊組每向前掘進1.5m,在巷道迎頭距兩幫0.5m處向前探測3m,以防鉆探鉆孔發生漏探。

向前掘進23m后鉆孔中孔3.5m見空，之后掘進隊組連續揭露兩條小窯空巷，揭露小窯空巷后掘進隊組立即對小窯空巷與XV3214巷交叉處進行了加強支護。并對巷道進行了封閉。

揭露空巷后，經過排瓦斯及氣體檢查等程序，由通風區派專人陪同地測部測量組對巷道進行了測量，采用羅盤與鋼尺進行測量，繪制出了小窯空巷內部情況圖，見圖4。

4 后期巷道掘進相關經驗

為最大限度地保留回采煤柱且徹底甩掉小窯空巷影響區域，根據繪制的小窯空巷內部情況圖，及時調整工作面設計，施工小切眼以甩掉小窯空巷影響區域。

4.1 小切眼施工經驗

由于小切眼位于小窯空巷影響區域范圍內，為多保留煤柱且徹底甩掉小窯空巷影響區域，小切眼施工長度只能由探測數據決定，邊掘邊探，隨時拐小回風巷。

圖4 XV3214巷巷道前方小窯空巷實際勘查結果圖

4.2 小切眼施工時的超前探施工

小切眼施工時除在巷道迎頭施工加密探測的5個探眼外，另外在距迎頭1m巷道右幫垂直巷幫施工一個探測眼，用以判斷是否通過小窯影響區域。垂直巷道探眼施工50m，一旦出現50m范圍內全部是煤后，立即對迎頭封幫并加固，使用ZDY1200S型鉆機進行探測。若探測結果顯示鉆孔100m以后仍然不見空且無水，則立即拐小回風巷；若探測結果顯示鉆孔100m之內見空，則小切眼繼續向前掘進直至完全甩掉小窯空巷。XV3307工作面最終巷道布置圖見圖5。

5 結論

（1)）通過綜合運用礦井物探、鉆探、化探、測量及調查等手段為掘進工作面順利通過小窯空巷影響區提供了安全保障，并為工作面的布置提供了決策依據，發揮了地測“眼睛”的作用。為今后類似情況提供了經驗借鑒。

（2）必須嚴格執行“有掘必探、有采必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則。在工作面過小窯巷道期間必須做到高度重視，各專業相互配合，綜合運用好鉆探、物探、測量及地面調查等技術手段，大膽創新，決策有據，這樣才能保證安全生產。

圖5 XV3307工作面最終巷道布置圖