煤礦探放水施工存在的問題及處理措施

薛 輝

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033100）

1 概述

1.1 工作面簡介

店坪煤礦206運輸順槽位于井田二采區，巷道以東為井田邊界，以南為工作面實煤區，以西為采區大巷，以北為204工作面。206運輸順槽設計長度為1775m，巷道斷面規格為寬×高=4.5×3.0m，巷道沿9#煤層頂底板平行掘進，工作面標高為+927m；巷道存在偽頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為0.5m，直接頂主要以砂質泥巖為主，平均厚度為6.7m，基本頂主要以中砂巖為主平均厚度為7.0m，巷道采用綜合機械化掘進施工工藝，截至目前巷道已掘進720m。

1.2 工作面水文地質條件

206運輸順槽掘進期間頂板主要含水層為石炭系太原組巖溶裂隙含水層，水位標高為+934.5—+937m，主要由灰巖及砂質泥巖組成，巖體裂隙發育，與頂板平均間距為7.5m；灰巖含水層賦水不均勻，局部存在富水區，通過地質鉆探預計巷道掘進至300m、520m、870m、1150m、1560m處局部頂板存在富水區，預計總積水量達4716m3，積水區水壓在0.8-1.3MPa之間；受煤層開采影響，冒落裂隙帶發育，水源主要通過頂板裂隙、垮落和構造進入工作面，回采過程中局部頂板出現裂隙淋水，對掘進產生一定影響。

由于206運輸順槽四鄰關系明確，且巷道頂板上部為5#煤層未進行采掘活動，四鄰無采空區和小窯破壞區域，周邊巷道排水系統完善，所以掘進期間不受不受周邊及頂板上部采空區積水影響；巷道底板主要以粗砂巖為主，平均厚度為17.5m，通過電法勘探顯示，底板無富水區。

2 巷道前期探放水施工主要存在的問題

2.1 探水鉆孔設計不合理

1）206運輸順槽從巷道開口50m開始進行探放水施工，每個鉆場共布置3個鉆孔，鉆孔間距為1.5m，鉆孔布置在距巷道頂板1.8m處，鉆孔深度為70m，允許掘進距離為100m，超前距離為20m，鉆孔傾角為6°，鉆孔水平角為±12°。

2）根據工作面水文地質條件發現，巷道主要受頂板裂隙含水層水威脅，水位標高在+934.5～+937m，巷道在前期探放水施工時鉆孔深度不符合要求，鉆孔終孔位置未達到積水水位標高，而且巷道斷面相對較大，僅布置三個探水鉆孔，對積水區域探測范圍較小；通過前期探測發現，巷道在50m～700m共布置30個探水鉆孔，其中在200m以及500m處共有4個鉆孔出現涌水，放水量僅為230m3，其它28個鉆孔為干孔，探水施工后巷道掘進時頂板仍然出現淋水現象，威脅巷道安全掘進，導致巷道掘進效率大大降低，日掘進量僅為3.5m/d。

2.2 鉆孔封孔工藝差

1）206運輸順槽前期探水鉆孔安裝孔口管后采用水泥砂漿進行封孔，封孔長度為8m（擴孔深度為8.0m），封孔3h后進行耐壓試驗，耐壓值為0.9MPa。

2）由于206運輸順槽掘進煤層為石炭系9#煤層，煤層發育不穩定，膠結穩定性差且相對松軟，而水泥砂漿進行封孔時粘性差，在前期進行探放水施工期間共計發生2次因水壓大發生噴管事故，而且放水期間位于孔口0.5m范圍內煤體出現嚴重滲水現象。

2.3 安全措施不到位

由于206運輸順槽前期探放水施工期間安全措施不到位，經常發生探水施工安全事故，主要表現在以下幾方面：

1）頂板破碎、冒落：9#煤層頂板存在偽頂，主要以炭質泥巖維護，平均厚度為0.5m，直接頂主要以砂質泥巖為主且裂隙發育，不穩定，鉆孔施工期間受震動影響，巷道頂板出現局部破碎、冒頂現象，在前期探水施工期間共計發生兩次頂板冒落事故，最大冒落高度達1.9m。

2）局部瓦斯涌出量大：由于9#煤層直接頂裂隙發育，局部區域賦存高濃度瓦斯，前期巷道在400m布置探水鉆孔時受F1斷層影響，鉆孔瓦斯涌出量大，工作面平均瓦斯濃度達1.5%，導致工作面出現瓦斯超限斷電現象。

3 提高探水施工安全效率措施

3.1 優化鉆孔布置參數

為了進一步提高探放水施工效率，店坪煤礦對工作面原探水鉆孔各項參數進行優化，具體如下：

1） 工作面共布置五個探水鉆孔（1#、2#、3#、4#、5#），鉆孔布置在距頂板1.0m處，鉆孔間距為1.0m，鉆孔與巷道成10°仰角布置，鉆孔深度為100m，鉆孔直徑為75mm，巷道允許掘進距離為70m，超前距為30m，如圖1所示。

2）其中1#鉆孔為中孔，水平角為0°，2#鉆孔水平角為6°，3#鉆孔水平角為12°，4#鉆孔水平角為-6°，5#鉆孔水平角為-12°；1#-5#鉆孔控制幫距為20m，控制頂距為8.5m。

3.2 采用聯合封孔技術

為了防止放水期間煤壁滲水現象，以及噴孔事故發生，店坪煤礦通過技術研究決定采用聯合技術進行封孔。

1）當探水鉆孔鉆進9.0m后停止繼續鉆進，采用直徑為150mm三翼擴孔鉆頭進行擴孔，擴孔深度為8.0m，并及時清理孔內煤屑。

2）在鉆孔上下左右四個方向距鉆孔間距為0.5m處各施工一個注漿孔，注漿孔直徑為30mm，深度為9.5m；注漿孔施工完后采用專用注漿泵依次向各個鉆孔內注射馬麗散與催化劑配比為1：1的馬麗散漿液，待煤體漿液滲出時停止注漿。

3）注漿2小時后安裝孔口管，孔管口長度為8.0m，直徑為120mm，在孔口管與孔口壁之間間隙處插入直徑為20mm的注漿小管，并由里向外向孔內注射配比為膨脹劑、固體速凝劑、水以及425#水泥配比為1：1：5：5混合而成的膨脹水泥。如圖2所示：

圖2 206運輸順槽探放鉆孔聯合封孔工藝施工示意圖

4）注漿封孔3h后采用注水耐壓試驗檢驗封孔質量，注水壓力不得低于2.0MPa，注水期間孔口管未出現竄動，煤壁未出現滲水現象且維持0.5h以上視為封孔合格。

3.3 加強探放水施工安全管理

3.3.1 頂板安全管理

應加強鉆場附近10m范圍內頂板及巷幫支護，可采用架設鋼棚配合超前支護的方法進行維護。

1）在距鉆場10m處架設矩形工字鋼棚，鋼棚間距為1.0m，鋼棚棚腿與巷幫、頂梁與頂板之間間隙填塞長度為1.5m，厚度為5mm，寬度為0.3m木板。

2）鋼棚架設至距工作面迎頭3.0m處停止架棚，在工作面頂板安裝絲杠式超前支護，共安裝三根橫梁、四根縱梁，縱梁延伸至工作面端頭并采用絲杠將其與頂板接觸嚴實。

3.3.2 加強瓦斯監測排放

1）鉆孔施工前應在鉆場位置安裝CH4、CO等有害氣體監測裝置，鉆孔施工期間應安排專職的瓦斯檢查工對鉆場及其附近有害氣體檢查。

2）在距鉆場15m處安裝一臺功率為5kW的局部通風機，并將直徑為500mm的柔性風筒延伸至工作面，當鉆孔施工期間瓦斯超限時進行專用排瓦斯。

3.3.3 其它安全措施

1）鉆孔施工前應挖掘一條排水溝并與附近水倉相鄰，確保水倉容積及配套設備排水能力滿足排水需要。

2）為了保證鉆機安裝牢固，防止倒機事故法師，鉆機安裝前應在安裝位置進行起底澆筑，鉆機安裝后采用“一車四錨”方法將其與底板固定。

3）鉆水放水期間應及時記錄放水量、放水時間，并測水壓，當水壓大于1.0MPa時必須在孔口安裝反壓裝置。

4）鉆孔放水后及時采用水泥砂漿對鉆孔進行全孔封堵，并在其附近施工一個檢驗孔，檢查積水區是否完全放水完成，若發現未完全消除積水隱患必須再次施工探水鉆孔進行探放水。

4 應用效果分析

1）通過對探水鉆孔優化后，206運輸順槽在后期掘進期間共布置60個探水鉆孔，其中13個鉆孔出現流水，共計放水量達4270m3，單孔放水量達38.5m3/h，巷道在后期掘進期間頂板未出現局部淋水現象；同時有效的探放水施工，巷道掘進速度提高至8.7m/d，大大提高了巷道掘進效率。

2）采用聯合方法進行封孔，提高鉆孔附近破碎煤體膠結穩定性，并使破碎煤體單軸抗壓強度提高至47MPa，后期放水期間未出現煤壁滲水現象；同時采用注水膨脹水泥的方法進行封孔，有效提高了孔口管穩固性，在后期放水期間未出現因封孔不牢固，孔口管竄動、滲水、涌水現象，造成巷道透水事故。

3）通過加強探放水施工期間安全管理，有效保證了巷道頂板穩定性，避免了因鉆孔瓦斯涌出量大，工作面瓦斯排放不及時，造成瓦斯超限現象；在后期探放水施工期間未發生一起頂板冒落，施工人員傷亡以及瓦斯超限斷電事故。

5 結束語

霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦通過技術研究，對206運輸順槽探放水施工主要存在的問題進行合理分析，并根據實際情況采取了有效措施，實踐證明采取措施后，提高巷道探放水效率，消除了巷道水害隱患，保證巷道安全快速掘進，取得了顯著成效。