掘進(jìn)巷道超前鉆探設(shè)計(jì)應(yīng)用

司金文

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)南河煤礦，山西 高平 048000）

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)南河煤礦15108運(yùn)輸順槽位于井田一采區(qū)，巷道北部為井田邊界留設(shè)保安煤柱，南部為三條采區(qū)大巷，東部為井田邊界，西部為15106工作面采空區(qū)。

15108運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1660 m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格寬×高為4.5 m×3.2 m，巷道掘進(jìn)煤層為15號(hào)層，平均厚度為3.15 m。巷道偽頂主要以泥巖為主，平均厚度為0.4 m；直接頂主要以灰?guī)r為主，平均厚度為2.5 m；基本頂主要以砂巖為主，平均厚度為11.2 m。15108運(yùn)輸順槽采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至目前巷道已掘進(jìn)400 m。

根據(jù)《礦井水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告》，我礦回采15號(hào)煤層，可導(dǎo)通至3號(hào)煤層采空區(qū)，通過(guò)報(bào)告分析得出礦井主要充水因素為大氣降水、3號(hào)煤層采空區(qū)積水、石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層。為了保證巷道掘進(jìn)安全，巷道掘進(jìn)前期決定采用探放水施工，但是通過(guò)前期探放水施工效果來(lái)看，巷道探放水施工后頂板仍會(huì)出現(xiàn)局部淋水現(xiàn)象，威脅著巷道安全掘進(jìn)。

1 巷道掘進(jìn)前期探放水施工主要存在的問題

1）設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)不合理：設(shè)計(jì)人員在對(duì)巷道進(jìn)行探放水設(shè)計(jì)時(shí)，未能結(jié)合巷道的實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的鉆孔數(shù)量、深度及布置有誤差，均未能取得良好的效果，給后期的掘進(jìn)帶來(lái)較大的安全隱患。

2）鉆孔封孔工藝不合格：15108運(yùn)輸順槽掘進(jìn)的煤層屬石炭系煤層，煤質(zhì)較軟且不穩(wěn)定，給后期探放水的施工造成一定的影響。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告顯示，15108運(yùn)輸順槽的孔口往里14 m內(nèi)會(huì)形成原巖應(yīng)力區(qū)、卸壓區(qū)、應(yīng)力破壞區(qū)等，而前期巷道探放水的的封孔距離為9 m，封孔終孔位置位于應(yīng)力破壞區(qū)內(nèi)，會(huì)造成探放水孔內(nèi)的水在水壓的作用下流入孔口管以里的煤體，并且封口時(shí)的膨脹水泥不能有效填堵深度裂隙，導(dǎo)致封孔質(zhì)量差。

3）采取的措施不合理：施工人員在進(jìn)行探放水時(shí)，只是采用臨時(shí)支護(hù)的方式在工作面頭部施工一排單體柱，使得煤壁受水壓及采動(dòng)影響常常出現(xiàn)煤壁大面積垮落，造成頂板事故。

2 探放水設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 鉆探設(shè)備選擇

15108運(yùn)輸順槽采用ZY-750D型液壓鉆機(jī)進(jìn)行探水鉆孔施工，配套長(zhǎng)度為1.5 m，直徑為63 mm中空鉆桿，直徑為75 mm導(dǎo)向鉆頭和直徑為130 mm的擴(kuò)孔鉆頭，鉆機(jī)參數(shù)如表1所示。

表1 ZY-750D煤礦用全液壓鉆機(jī)及配套設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

2.2 鉆孔布置

1）由于15108運(yùn)輸順槽采用底板平行掘進(jìn)方式，工作面鉆孔以扇形的方式進(jìn)行施工。施工人員為了確保巷道兩側(cè)的水不會(huì)對(duì)施工造成影響，在工作面上、下兩排分別施工兩排探放水孔，這樣能夠?qū)ο锏理敯寮八闹艿姆e水進(jìn)行探放。

2）每排布置三個(gè)探水鉆孔，下排為迎頭探水孔（1號(hào)-3號(hào)），上排為頂板探水孔（4號(hào)-6號(hào)）。每個(gè)鉆孔深度為100 m，直徑為75 mm，孔間距為1.0 m，排距為0.5 m。其中頂板探水孔仰角為12°，如圖1所示。探水鉆孔施工后巷道每掘進(jìn)70 m進(jìn)行一次探水鉆孔施工，超前距為30 m。

圖1 15108運(yùn)輸順槽探水鉆孔平、剖面示意圖（mm）

2.3 鉆孔封孔工藝優(yōu)化

為了解決傳統(tǒng)膨脹水泥封孔時(shí)出現(xiàn)的封孔牢固性差、放水時(shí)孔口管出現(xiàn)竄動(dòng)等技術(shù)難題，決定采用兩堵一注封孔工藝。

1）為了保證封孔質(zhì)量，優(yōu)化后封孔長(zhǎng)度確定為12 m，采用導(dǎo)向鉆頭進(jìn)行封孔段施工，施工長(zhǎng)度為14 m，施工到位后更換為擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔深度為14 m，擴(kuò)孔后孔徑為130 mm。

2）擴(kuò)孔完成后首先在擴(kuò)孔段安裝孔口管，長(zhǎng)度為12 m，然后在孔底及孔口處分別安裝一個(gè)PKN型封孔器，使得孔口管與孔壁之間形成一個(gè)環(huán)形封堵空間，如圖2所示。

圖2 15108運(yùn)輸順槽探水鉆孔封孔示意圖（mm）

3）采用注漿泵向環(huán)形封堵空間內(nèi)高壓注入XZFKL-I型化學(xué)注材料，注漿壓力為1.5 MPa，注漿3 h后對(duì)封孔段進(jìn)行注水耐壓試驗(yàn)，注水壓力為2.0 MPa，耐壓試驗(yàn)合格后鉆孔方可繼續(xù)施工。

3 安全技術(shù)措施

3.1 鉆場(chǎng)煤壁支護(hù)措施

為了避免在探放水期間頂板發(fā)生垮落影響施工人員的安全，施工人員采用玻璃鋼帶及錨桿對(duì)煤壁進(jìn)行支護(hù)。

1）施工人員在每個(gè)鉆孔的四周成“井”字型安裝四根柔性玻璃鋼帶，其中橫向安裝的兩根鋼帶的長(zhǎng)度、寬度分別為2.5 m×0.15 m，且安裝3根錨桿，縱向安裝的兩根鋼帶的長(zhǎng)度、寬度設(shè)計(jì)為1.5 m×0.15 m，且安裝2根錨桿，錨桿的間距控制在1 m，如圖3所示。

圖3 15108運(yùn)輸順槽鉆場(chǎng)煤壁支護(hù)平面示意圖（mm）

2）在鉆孔周圍的頂板處施工8個(gè)深度為3 m的超前支護(hù)鉆孔，鉆孔之間的距離為0.5 m，待全部鉆孔施工完畢后，施工人員依次向鉆孔內(nèi)安裝長(zhǎng)度為3.5 m的玻璃鋼錨桿，并填充錨固劑進(jìn)行錨固。

3）當(dāng)頂板及煤壁支護(hù)完畢后，施工人員在煤壁前半米的位置施工一排單體柱，同時(shí)還需挖掘一處儲(chǔ)水池。

3.2 其他安全技術(shù)措施

1）鉆機(jī)與液壓泵進(jìn)行連通時(shí)，要關(guān)閉鉆機(jī)控制閥及液壓泵上的截止閥，鉆機(jī)安裝前要對(duì)周圍浮煤進(jìn)行清理。

2）施工人員在進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，要把控好鉆機(jī)的角度及壓力，時(shí)刻專注鉆機(jī)壓力、鉆孔回水量，發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)異?；虺鏊坎环€(wěn)定時(shí)及時(shí)停機(jī)。

3）在施工作業(yè)時(shí)鉆機(jī)出現(xiàn)卡頓、鉆桿出現(xiàn)彎曲時(shí)，施工人員要及時(shí)將鉆機(jī)的離合器松開，對(duì)鉆頭進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)鉆孔有磨損或崩片的情況及時(shí)更換鉆頭。

4）在探放水作業(yè)時(shí)還需安排有經(jīng)驗(yàn)的瓦斯監(jiān)測(cè)人員時(shí)刻對(duì)鉆孔的瓦斯進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)工作人員還需配備便攜式瓦檢儀。

5）在掘進(jìn)時(shí)要根據(jù)巷道的實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造調(diào)整鉆孔的布置，在保證安全探放水的同時(shí)對(duì)巷道所有的范圍進(jìn)行全方位探放水。

6）如鉆孔內(nèi)出現(xiàn)流水的情況時(shí)，工作人員要對(duì)該鉆孔進(jìn)行放水實(shí)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)放水的壓力、流量、水質(zhì)進(jìn)行檢查。

7）施工作業(yè)前要對(duì)孔口管進(jìn)行全面檢查，確保各配件的完好性，防止水壓過(guò)大影響后期作業(yè)，同時(shí)在水壓較大的放水孔安裝兩套安全閘門。

8）在進(jìn)行探放水前，施工人員要熟知巷道的避災(zāi)路線，同時(shí)在巷道周圍挖掘一處水倉(cāng)并留放備用水泵。

4 結(jié)語(yǔ)

截至2019年6月15108運(yùn)輸順槽已掘進(jìn)到位，通過(guò)對(duì)巷道探放水施工設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化后，巷道在后期掘進(jìn)中共計(jì)施工48個(gè)探放水鉆孔，其中19個(gè)為濕孔，29個(gè)為干孔，給放水量為3217 m3，經(jīng)驗(yàn)證上覆3號(hào)采空區(qū)積水已充分探放，巷道在后期掘進(jìn)中頂板未出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，基本消除了3號(hào)采空區(qū)技術(shù)水患影響，保證了巷道后期安全快速掘進(jìn)，在應(yīng)用效果上取得了顯著成效。

（編輯：武倩倩）