掘進巷道探放水技術應用分析

孟志彬

(山西煤炭運銷集團南河煤業有限公司，山西 高平 048400)

引 言

巷道掘進施工前必須采用物探、鉆探等技術手段，明確掘進區域水文地質條件，巷道掘進過程中必須采取合理有效的探放水施工設計，對巷道四鄰可能存在的水害進行疏水降壓，只有這樣才能保證巷道安全快速掘進，防止透水事故發生；但是在實際煤礦探放水施工過程中，受使用條件、鉆探技術水平、防治水人員責任心等影響，探放水施工設計不合理，主要表現在鉆孔數量不足、鉆孔位置不正確、鉆孔封孔質量差、探放水安全技術措施不到位等，導致巷道掘進過程中水害事故頻繁發生，造成煤礦重大經濟損失[1-5]。本文以南河煤礦15108運輸順槽掘進為例，對巷道掘進期間采取了合理有效的探放水施工設計。

1 概述

山西煤炭運銷集團南河煤業有限公司15108運輸順槽位于井田一采區，工作面北部為井田邊界留設保安煤柱，南部為三條采區大巷，東部為井田邊界，西部為15106工作面采空區。

15108運輸順槽設計長度為1 660 m，巷道斷面規格為4.5 m×3.0 m(寬×高)，巷道掘進煤層為15#煤層，煤層平均厚度為3.15 m，巷道采用掘進機掘進施工工藝，截止目前巷道已掘進557 m。

根據《礦井水文地質類型劃分報告》，該礦回采15#煤層，可導通至3#煤層采空區，通過報告分析得出該礦主要充水因素為大氣降水、3#煤層采空區積水、石炭系太原組灰巖巖溶裂隙含水層。15108工作面上部3#煤層采空區積水，已做井下疏放水鉆孔驗證，無明顯范圍積水，但老巷局部低洼處少量積水可以通過導水裂隙帶導入15#煤層。

受上覆含3#煤層采空區積水影響，巷道在掘進前期出現頂板淋水現象，在淋水作用下巷道頂板巖體出現軟化現象，局部破碎且伴隨著冒落，威脅著巷道掘進安全。

2 探水鉆孔施工及封孔工藝

2.1 探水鉆孔施工工藝

1) 常規鉆孔布置參數：15108運輸順槽ZLJ650型鉆機進行鉆探施工，該鉆機最大鉆探深度為130 m，鉆孔最大允許角度為27°，采用鉆桿直徑為42.5 mm，導向鉆頭直徑為75 mm，擴孔鉆頭直徑為127 mm。15108運輸順槽迎頭共計施工3個常規探水鉆孔，1#鉆孔位于巷道中央且距底板1.5 m，2#、3#鉆孔位于巷道兩側且距底板1.5 m，3個鉆孔呈扇形，仰角為17°，間距為1.5 m。

2) 補充探水鉆孔布置參數：探水鉆孔的工藝采用長探與補探結合的方式，施工人員在巷道頂部兩個扇形布置補探鉆孔(4#、5#)，鉆桿及鉆孔的直徑分別為42.5 mm及75 mm。其中，4#、5#鉆孔距頂板距離1.0 m，間距為2.0 m，鉆孔仰角為17°，第162頁如圖1所示。

圖1 15108運輸順槽探水鉆孔布置示意圖(mm)

3) 鉆孔深度：根據15108運輸順槽頂板巖性，以及與上覆3#采空區層間距，決定將巷道常規探水鉆孔深度設計為120 m，巷道允許掘進距離為70 m，超前距為50 m。補充探水鉆孔設計深度為100 m，允許掘進距離為30 m，超前距離為70 m，巷道每掘進30 m進行一次補探。

2.2 探水鉆孔封孔工藝

1) 封孔長度確定：由于15108運輸順槽掘進煤層為15#煤層，煤層穩定性相對較差，通過采用窺視儀對鉆孔壁完整情況觀察發現，在孔口往里3.0 m范圍內孔壁巖體破碎嚴重，存在局部塌孔現象；在3.0 m～8.5 m范圍內孔壁巖體高度裂隙發育，在8.5 m～11.7 m范圍內孔壁巖體局部裂隙發育；在11.7 m后孔壁圍巖成巖性好，所以確定鉆孔封孔長度為12 m。

2) 采用合金鉆頭進行導向鉆孔施工，導向鉆孔直徑為75 mm，鉆孔施工12.5 m后停止鉆進，更換為直徑為127 mm擴孔合金鉆頭，并進行擴孔施工，擴孔深度為12 m，擴口后孔徑為130 mm。

3) 擴孔完成后對擴孔段安裝孔口管，每節孔口管長度為3.2 m，共計安裝4節，孔口管為鍍鋅鋼材，管直徑為108 mm，孔口管安裝在孔口管外露段依次安裝水壓表、閥門以及2寸卸壓水管，如圖2所示。

圖2 孔口管安裝示意圖

4) 孔口管安裝后對管與孔壁間隙處充填聚氨酯黏合劑，并采用絲帶、棉布進行封孔處理，封孔4 h后對鉆孔進行耐壓試驗，注水壓力控制在1.0 MPa～1.5 MPa范圍內。

3 探放水施工安全技術措施

1) 鉆孔在施工過程中應實時掌握鉆孔的鉆進長度、直徑、位置、方向、角度等參數，在進行鉆孔作業時要在鉆桿上做好鉆孔深度的標志，當鉆孔鉆到設計深度時施工人員要及時停鉆，并將鉆孔內的煤泥清洗干凈。

2) 探放水施工前應在鉆場附件20 m范圍內布置一個臨時水倉，水倉設計容積為40 m3，臨時水倉內配備2臺功率為45 kW的臥式排水泵，并通過排水管路與采取水倉連接。

3) 在放水前應對鉆場煤壁采取加固措施，若頂板相對穩定。煤壁無片幫現象時，可對鉆場支設一排木柱，若煤壁片幫嚴重時可對煤壁采取注漿加固處理，并對頂板安裝L型鋼棚進行加固，如圖3所示。

圖3 鉆場L型鋼棚結構及安裝剖面示意圖(mm)

4) 在放水過程中應安排專職的瓦斯監測孔對鉆場附近有害氣體進行實時監測，發現鉆場或鉆孔內瓦斯異常時必須立即撤人，并加強通風。

5) 在進行探放水施工過程中應實時掌握鉆孔鉆進深度，穿層巖性，掘進至積水區時應測量鉆孔終孔深度，并進行詳細記錄及對比分析。

6) 在放水過程中應控制好水壓，當水壓較大時應采用反壓法進行放水施工，放水完成后應采用補充鉆孔進行驗證，并采用水泥砂漿對鉆孔進行封孔處理。

7) 放水完成后應計算放水量，并通過施工校驗孔對積水區是否放水充分進行校驗，校驗孔參數與探水鉆孔參數相同。

4 結語

截止2020年2月，15108運輸順槽已掘進到位，巷道在掘進過程中共計施工32個探水鉆孔，共計探放上覆3#采空區積水量為4 233 m3，通過對巷道采取探放水施工設計后，巷道后期掘進過程中單未出現大面積淋水現象，提高了巷道頂板穩定性，徹底解決了上覆3#采空區水害隱患，保證了巷道安全快速掘進，取得了顯著應用成效。