煤礦超前探放水施工技術應用實踐

栗 煒

（大同煤礦集團設計研究有限責任公司，山西 大同 037000）

同煤集團云岡礦51041 掘進工作面與上覆3 號煤層采空區相距114.21 m，與上覆8 號煤層破壞區相距58.60 m，同層的12 號煤層存在小窯破壞區。在掘進時，給工作面配一臺45 kW 水泵，并鋪設DN100 排水管路，用于排水。在掘進期間，按照“有掘必探”的要求進行設計[1]。

1 水文地質概況

同煤集團云岡礦51041 掘進工作面與21017 掘進工作面巷道貫通，由于21017 掘進工作面巷道內有積水，要實現巷道貫通，須先將積水全部排出。掘進到330 m 時，工作面巷幫出現了滲水，滲水量達到1.5 m3/h，主要是采空區積水，積水量約為2200 m3，水壓0.68 MPa 左右；掘進到850 m 時，工作面巷道頂板出現淋水，隨巷道掘進淋水加重；掘進到1000 m 時，淋水量達1.7 m3/h。根據地質勘探資料，淋水主要是上覆基巖裂隙含水，采用大井法計算出含水量約2500 m3，水壓0.57 MPa 左右，嚴重影響巷道掘進[2]。因此，為了確保巷道掘進過程安全，須對51041 工作面進行超前探放水。

2 超前探放水設計方案

51041 掘進工作面受上覆采空區積水影響，需要留設防水煤柱，采用沿空留巷技術不僅提高了煤炭資源的回收率，而且緩解了采掘接替緊張的局面，但造成探放水工作難以進行。因此，要采取有效的沿空留巷探放水技術，為掘進工作面的安全掘進提供保障。

2.1 鉆孔參數

為了防止積水匯入51041 掘進工作面，采用邊探邊掘的方法[3]，在超前掘進巷道的輔順三段和輔順五段進行探放水。為了便于施工鉆孔和排出積水，將排水硐室設在排水的最低點，將探放水孔設在硐室內的煤壁處，注意開孔位置盡量低，距離巷道底板1～2 m 即可。

為了確保巷道幫體的完整性，防止出現塌孔，在輔順三段煤壁完整處共施工3 個探放水孔，一般探放水孔的間距大于1 m。鉆孔的具體施工參數見表1。

表1 鉆孔施工參數表

2.2 鉆進技術

對探放水孔進行超前鉆孔時，為了確保施工的安全，止水承壓套管的管長度要大于10 m，為了防止積水滲透到煤壁上，將探放孔管下入孔內10 m。

采用長距離鉆孔對采空區積水施工探放水孔。為了確保鉆孔施工的精度，滿足施工要求，在打鉆時，采用氣動架柱式鉆機MK-5 進行鉆孔，開孔位置最好與巷道底板相距1.2 m 以上，每掘進20 m，循環鉆探50 m，待一組鉆孔施工完畢后，再繼續向前掘進。超前距小于30 m，采用直徑為56 mm 的鉆頭進行鉆進，當鉆孔鉆進11 m 時，停止鉆進，使用直徑為133 mm 的鉆頭進行擴孔，擴孔深度為8 m。擴孔后及時清理浮煤，并安裝孔口管。孔口管的安裝布置如圖1，其中一端與排水管路相連。為了控制探放水量，在管路上安裝雙閥門，另一端與鉆機相連進行鉆孔。為了防止水壓過大對人員造成的傷害，同時減少水量的泄漏，防止淹沒鉆機，在鉆孔口上安裝防水擋板。

圖2 孔口管安裝布置圖

2.3 封孔工藝

51041 掘進工作面在進行超前探放水封孔作業時，使用聚氨酯封孔工藝[4]，單孔的封孔長度大于11 m。在擴孔作業結束后，在鉆孔內安裝3 根Φ108 mm 的孔口管，每根孔口管的長度為3000 mm，每兩根孔口管之間用絲扣連接，在煤壁和底管之間充填水泥進行封堵，長度500 mm。在封堵完成后，注入注漿小管，注漿作業的壓力是1.2 MPa，在距離孔口500 mm 時，停止注漿作業，使用水泥進行封堵。在封孔完成后，進行耐壓測試，采用高壓水槍進行注水，注水壓力是2 MPa，注水時間是5 min。如果在注水時孔口沒有滲水，則封孔合格，同時在孔口處安裝壓力表和壓力閥門。具體的封孔示意圖如圖2。

圖2 超前探放水鉆孔封孔施工示意圖

3 超前探放水效果分析

由于施工點的排水距離較長，排水高差較大，為了增大鉆孔的排水量，提高排水的效率，采用立泵串聯的方式進行排水。在工作面掘進期間，在巷道頂板共設計超前探放水鉆孔45 個，在掘進到330～450 m 時，巷道頂板的探放水有4 個鉆孔出現滲水，水壓0.78 MPa，鉆孔共排水2600 m3；在掘進到850～1000 m 時，巷道頂板的探放水有6 個鉆孔出現淋水，水壓0.55 MPa，鉆孔共排水2800 m3。在巷道兩幫共設計探放水鉆孔47 個，在掘進到610～890 m 時，巷道兩幫的探放水有12 個鉆孔出現滲水，鉆孔共排水1810 m3，其余的鉆孔都沒有出現滲水和淋水。排水量與預計的積水和裂隙水量基本相同，可以判定水源是來自采空區積水和裂隙含水。

通過對51041 掘進工作面巷道頂板和兩幫的積水進行探放，消除了巷道周邊的水災隱患，巷道掘進期間，未出現頂板淋水和兩幫滲水等現象。通過超前探放水，巷道掘進速率從4.1 m/d提高到8.6 m/d，提升了礦井的經濟效益。

4 結論

（1）確定鉆孔參數，分析鉆進技術和封孔工藝，對鉆探效果進行分析。鉆探結果顯示，排水量與預計的積水和裂隙水量基本相同，可以判定水源是來自采空區積水和裂隙含水。

（2）通過超前探放水，在巷道掘進期間，沒有出現頂板淋水和兩幫滲水等現象，巷道掘進速率從4.1 m/d 提高到8.6 m/d，提升了礦井的經濟效益。