許疃煤礦3238風巷過老空水探放孔洞治理技術

王慶永 彭 飛 羅 通

（淮北礦業（集團）有限責任公司許疃煤礦，安徽 淮北 235000）

許疃煤礦地質條件復雜，沿煤層走向次級褶曲發育，煤層頂底板起伏變化較大，工作面回采后在巷道低洼地段形成采空區積水[1]，對下區段工作面沿空掘進構成極大安全威脅，必須采取巖巷遠距離集中探放措施對采空區積水進行超前疏放。由于探放水鉆孔單孔設計長度較長，鉆進過程中孔內出現塌孔的情況較為普遍，尤其是終孔穿煤段，通常采取洗孔方式進行疏孔。頻繁洗孔后會排出大量煤屑，造成沿空側煤體內留下大范圍的老空水探放孔洞。而這些孔洞中又將積聚大量的瓦斯、殘余采空區積水，巷道穿過時可能會向采空區持續供氧，從而易引發瓦斯、煤層自燃及水害事故。為消除以上事故隱患，必須采取針對性措施對老空水探放孔洞進行超前治理，通過采取超前探查方式查明了前方孔洞分布范圍，嚴格執行調整層位、注漿加固及管理保障措施等一系列技術措施，杜絕了瓦斯、煤層自燃及水害事故的發生，保證了巷道施工安全，為沿空掘進巷道快速過老空水探放孔洞提供新的思路。

1 工程背景

1.1 地質概況

許疃煤礦位于安徽省蒙城縣境內，屬淮北煤田臨渙礦區。礦井井田走向長約9～12km，寬約3～7km，礦井面積52.59km2，礦井地質類型為極復雜，水文地質類型為中等，主要水害為老空水、煤系地層頂底板砂巖裂隙水、“四含”水、斷層水、封閉不良鉆孔水。3238工作面走向長1702m，傾斜寬238.5m，開采標高-592.8～ -725.6m，煤厚1.30～3.75m，平均2.60m，煤層傾角3～32°，平均 20°。上區段3236工作面回采結束后，在工作面里段及外段形成兩處較大積水區，3238風巷沿上區段3236機巷掘進，煤層凈垛5m，掘進期間主要充水水源系32煤層頂底板砂巖裂隙水及3236采空區積水。

1.2 老空水探放孔洞成因

3236采空區存在兩處低洼積水區。外段積水區積水面積15611m2，積水長度465m，水頭高度17.5m，積水量12733m3；里段積水區積水面積56021m2，積水長度1045m，水頭高度33m，積水量60317m3。3236外段采空區積水示意圖如圖1所示。上述外段積水通過3238老底抽巷普通鉆進進行巖巷遠距離集中探放，單孔設計長度156m，鉆進期間受煤（巖）巖性軟、穿煤距離長、孔壁振動及鉆孔偏斜等因素影響，鉆孔內多次出現塌孔、卡鉆現象。為保證探放水效果，多次采取洗孔措施，造成大量煤屑從煤體中釋放至3238老底抽巷內，在煤體中形成老空水探放孔洞并持續擴大，給沿空掘進帶來極大安全威脅。為充分疏放3236外段老空水，先后實施兩次探放水工程，共施工兩組6個鉆孔，總放水量12650m3。探放水期間，鉆孔內多次堵孔，出水不暢，必須及時進行洗孔，共排渣約350m3，因排渣量過大，導致3238風巷與3236機巷煤柱內留下三處老空水探放孔洞。

圖1 3236外段采空區積水示意圖

2 沿空掘進期間存在的問題

2.1 瓦斯涌出異常

探放水工程結束后，在3238風巷對應煤層位置中存在三處老空水探放孔洞，巷道掘進時，瓦斯涌出異常主要來源于以下三個方面：（1）原始煤體瓦斯受采動影響由吸附狀態變為游離狀態，從而得到充分釋放[2]；（2）巷道周圍煤層中產生大量的裂隙而形成松動圈，這部分裂隙會成為瓦斯溢出的通道；（3）通過老空水探放孔洞進而與3236采空區直接溝通，使得采空區內部瓦斯短時間內大量溢出，易造成掘進工作面瓦斯濃度超限。

2.2 采空區煤層自燃

32煤層自然發火期為55d，屬于Ⅱ類自燃煤層，采空區煤層自燃主要由于以下兩個方面：

（1）3238風巷內由于風壓差的存在，巷道內的部分風流會通過煤柱裂隙進入3236采空區，為煤層自燃提供了持續供氧的條件[3]；

（2）3238風巷過老空水探放孔洞期間現場管理不善，向采空區持續供氧，給采空區防火管理帶來極大困難。

2.3 殘余水害風險

采空區積水的特點是以靜儲量為主，水量集中且水壓大，倘若掘透就會產生非常嚴重的后果[4]。3236外段采空區積水探放結束后，采空區低洼點仍會殘余少量積水，這部分老空水富存在老空水探放孔洞中，3238風巷掘進期間，一旦揭露會突然潰出，具有很大的沖擊力和破壞力，對人身安全危害極大，必須堅持“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則[5]。

3 技術方案

3.1 超前探查

巖巷遠距離集中探放水工程結束后，在巷道迎頭到達探水線位置立即進行地質探查，根據鉆孔結果綜合分析，精準查明了前方老空水探放孔洞影響區域、有無積水、瓦斯等情況。

3.2 調整層位

探查結束后，認真分析清楚老空水探放孔洞范圍，考慮到沿空側煤體受老空水探放孔洞及動壓雙重影響，煤（巖）層抗壓（拉）強度降低，不利于頂板及幫部管理，特別是下山施工，老空積水對安全和生產的影響更大，不僅造成了安全隱患治理時間延長，而且降低了沿空掘進效率[6]。若將3238風巷底板抬升至與3236機巷底板同一標高，便可防止3236外段殘余積水通過老空水探放孔洞涌入3238風巷內。為此，在保證安全的前提下，根據前方煤層變化趨勢及前方Y-9正斷層產狀，并結合現場條件，對巷道的施工坡度進行調整。通過優化施工方案，決定在巷道距離2#老空水探放孔洞27m前，巷道施工坡度調整為5°上山，破頂施工19.5m，然后按照平巷繼續施工直至跟上32煤層頂板。最終，3238風巷底板標高與3236機巷底板標高維持在同一水平，且3238風巷施工至Y-9斷層面位置時，巷道正好跟上煤層頂板，避免了積水威脅及煤頂影響。調整層位后，巷道剖面空間位置關系如圖2所示，3238機巷調整層位施工剖面圖如3所示。

圖2 巷道剖面空間位置關系

圖3 3238機巷調整層位施工剖面圖

3.3 注漿加固

（1）巷道迎頭距離老空水探放孔洞影響邊界前10m停止施工注漿鉆孔，超前對老空水探放空洞及周圍煤體內裂隙進行注漿充填及加固，封堵漏風通道，提高破碎圍巖的整體穩定性。注漿材料選用高強度水泥和水玻璃配比后的雙液漿，注漿過程中要隨時觀察、記錄各種注漿參數的變化，若發生跑漏漿液應及時停泵處理，并做好注漿記錄，以利分析。每孔注漿結束后，及時調整下個孔注漿參數，注漿終止壓力不低于3MPa，穩壓時間不低于30min。

（2）注漿結束后，施工1個注漿效果檢驗孔。先注入適量清水沖開煤（巖）體內部裂隙，后注入一定濃度的雙液漿，當注漿壓力上升至3MPa時，仍無法注入漿液，方可認定前方孔洞被充填密實。

3.4 管理保障措施

（1）嚴格控制巷道允許進尺距離，采用邊探邊掘的方式掘進，采取探5m進3m方式掘進，保留2m超前距。鉆孔在斷面上呈扇形布置，每組3個鉆孔，順巷道中線1個，與中線夾角15°各施工1個，中線左幫鉆孔仰角10°，順中線及右幫鉆孔仰角1°，開孔高度為底板上0.5m，鉆孔參數可根據現場情況作適當調整，探眼布置示意圖如圖4所示。短孔驗證前方是否存在孔洞、CH4、CO及積水等情況，探查孔施工結束后必須立即進行封堵。如探查發現前方孔洞未注實，停止施工，再次注漿封堵，防止揭露孔洞造成瓦斯超限或者綜掘機下陷，無異常情況后方可繼續施工。

圖4 探眼布置示意圖

（2）加強幫部臨時支護，防止因片幫而引起巷道與老空水探放孔洞溝通。采用護幫卡子配合撞楔方式護幫，每幫撞楔不少于兩根。護幫卡子生根在M鋼帶上，撞楔生根在護幫卡子上。每根撞楔護幫卡子不少于兩個，上部1根撞楔距頂板不大于200mm，撞楔間距600mm，下部1根距底板不大于1.0m。撞楔與護幫卡子之間采用木楔楔緊。

（3）完善巷道排水系統，通常情況下排水的泵窩應該選擇在巷道內地勢較低的區域，能在出水之后及時將水引入泵窩內排泄干凈。因此，在迎頭配置排水能力不低于40m3/h的排水設備兩套（一套熱備用），并備用風泵不少于兩臺，如迎頭有孔洞出水現象及時進行抽排。

（4）抽采、通風系統延接至迎頭，并準備氣囊、裝填好的阻燃編織袋、注漿裝置及應急用料，施工過程中如出現巷幫底部片幫嚴重，立即組織封堵、注漿、抽采、排水。

（5）采取噴漿封閉、埋管注氮等技術措施實現對采空區有害氣體的封堵、惰化，從而達到防治采空區自然發火的目的。巷道過老空水探放孔洞期間，專門在最低放水點位置設注氮孔，放水后及時向采空區注氮。

（6）割煤（巖）期間，瓦檢員必須始終在現場，隨時檢查巷道內煤（巖）體裂隙內瓦斯及CO等氣體變化情況，必要時取樣化驗。

（7）過老空探放水孔洞期間，安排專業管技干部現場跟班。

4 結論與建議

（1）通過采取上述安全技術措施，3238風巷掘進期間未發生瓦斯、煤層自燃及水害事故，巷道安全通過了三處老空水探放孔洞。期間共施工鉆孔304m/8孔，注入水泥量8.6t，錨網支護有效、可靠，實現了3238風巷安全快速過老空水探放孔洞，為今后類似水文地質條件下沿空掘進提供了寶貴經驗。

（2）針對長距離穿煤探放水鉆孔施工過程中堵孔、塌孔、穿煤距離長等難題，改進鉆探工藝，優先選用遠距離定向鉆進技術，精準控制鉆孔在煤（層）中的鉆進軌跡，從設計源頭減少鉆孔穿煤距離。

（3）鉆孔在復雜地層鉆進過程中往往會引起塌孔事故，由此帶來鉆進效率低、成孔質量差等不良后果，甚至導致鉆孔報廢。因此，精確選擇鉆孔層位、巖性，注重鉆探工藝、鉆具級配等問題，從而提高探放水鉆孔在復雜地層中孔壁穩定性、鉆進效率，減少塌孔事故，為后續巷道掘進施工提供便利和安全條件。