3307膠帶順槽超前探測設計

＊劉永強

（山西壽陽潞陽祥升煤業有限公司 山西 045000）

1.工作面概況

上組煤三采區3#煤3307膠帶順槽位于井田南部，該巷道西面為上組煤集中膠帶巷，東、南、北面均為實體煤、巖層，上覆無采空區。3307工作面設計走向長747.5m，傾向長200m，其中3307膠帶順槽長度為760m，3307軌道順槽長度為735m，煤厚1.8-2.2m，平均煤厚2.0m。頂板標高為865-887m，平均876m，對應地面標高平均為1098m。

工作面四周均為實體煤層，上覆及周邊無采空區。山西組含水巖組充水以頂板進水為主，含水層以砂巖為主，直接構成本組3號煤層的直接充水含水層，富水性一般較弱。含水層以K7、K8砂巖及3號煤上厚層砂巖為主，含承壓裂隙水。基巖面風化帶厚度約20m，風化裂隙發育，具鐵質浸染現象，含風化裂隙水，由于蓋層厚度100m左右，加之區域范圍內出露面積小，含水層富水性弱。工作面內存在ZK304號鉆孔，根據鉆孔位置，工作面掘進至該處，將編制專項鉆探設計，制定安全技術措施，防范鉆孔導通上覆含水層，影響工作面的掘進。影響本工作面采掘的水患主要為上覆的上、下石盒子組及山西組砂巖裂隙含水層，為煤層的直接充水含水層。

2.“有掘必探”超前探設計

探查掘進前方是否存在隱伏導水構造，防范水患，確保工作面安全掘進[1-2]。探放水鉆孔施工主要在工作面迎頭施工。

(1)物探設計

①瞬變電磁探測

采用YCS200礦用本安型瞬變電磁儀，巷道每掘進80m，做一次瞬變電磁勘探，確定前方巷道賦水情況，有異常情況時，采取加密鉆探。3307膠帶順槽設計長度760m，每隔80m做一次物探超前探測，即開口處、80m處、160m等位置停掘進行物探超前探測[3]。A.沿巷道前進方位，傾角0°，即垂直工作面，探測前方100m扇形范圍內的賦水異常區；B.沿巷道前進方位，傾角約30°，探測巷道前方上部100m扇形范圍。

設計礦井瞬變電磁法超前探測共布置橫向探測點8個（圖1所示），分別是左側幫（180°、150°、120°）、正前方（左側90°、右側90°）、右側幫（0°、30°、60°）；每個橫向探測方向共布置2個縱向探測角度（圖2所示）：與巷道頂板呈30°夾角向前方頂板探測，順巖層方向向前方探測，共計16個測點數據。當超前物探探測存在異常，針對異常區域編制專項探放水設計，進行異常區鉆探驗證。

圖1 瞬變電磁法現場布置橫向探測角度示意圖

圖2 瞬變電磁法縱向探測角度示意圖

②直流電法勘探

采用福建華宏儀器廠生產的ZDJ9.6礦井并行電法監測裝置，是一款采用先進的分段集中式架構實現的全并行電法勘測系統，系統具單機、多機工作模式，也可拓展成監測工作模式，滿足多種電法勘探：常規電法、高密度電法、三維電法等數據采集需求。可應用于礦山開采、隧道、地鐵、水利等地下工程水文地質隱患探測和監測。

根據項目需求，單次直流電法超前探測，布置八個發射電極，每次接收八組數據，后移動八組接收電極兩次，電極間距5m，布置電極32個，測線布置長度約為160m，其中，電極從巷道掘進迎頭與底板相交處依次布置發射點，A1、A2……A8號電極，后極依次以5m間距沿巷道走向布置M1、M2……M8接收電極，接收完成后，繼續移動布置在M9、M10……M16、M17、M18、M24，M8與M9、M16與M17重合；布置時電極位于底板巷道中心軸線上，如下圖。

圖3 直流電法超前探測示意圖

(2)超前鉆探設計

當超前物探探測無異常時，順槽鉆探設計為40m1組，每組施工4個鉆孔。鉆機選用型號：ZWY-3200S型煤礦全液壓鉆機，鉆桿Φ73mm×1.5m，鉆頭為85mm三翼合金鋼鉆頭。以下掘進期間探放水設計適用于3307切眼的超前探放水工作。

超前鉆探鉆孔布置技術要求[4]：1#孔在正窩頭正中距底板1m，垂直窩頭打入，以窩頭退后10m范圍內的巷道坡度基礎上增加0°的角度打入；2#孔在正窩頭正中距底板1.5m，垂直窩頭打入，以窩頭退后10m范圍內的巷道坡度基礎上增加2°的角度打入；3#孔窩頭距底板1m，距右幫0.5m，外偏24°，以窩頭退后10m范圍內的巷道坡度基礎上增加1°的角度打入；4#孔窩頭距底板1m，距左幫0.5m，外偏24°，以窩頭退后10m范圍內的巷道坡度基礎上增加1°的角度打入。要求保證各孔在巷道前進方向上均能滿足30m以上的超前距。

表1 超前探鉆孔施工參數表

異常出水的化探：在巷道掘進過程中頂板出現淋水或在實施超前探測的過程中鉆孔出水，需對出水進行采集，并對水質進行化驗，根據化驗報告進行水源分析，確定是否需要加設鉆孔進行探放，以確保安全掘進。

3.超前探測的安全技術措施分析

(1)物探安全技術措施

在進行物探施工前，應該檢查儀器的防爆性。待確認儀器沒有問題后，方可運到指定位置進行作業。在搬運過程中，要輕拿輕放，以免對儀器造成損壞。在進行測量前，首先檢查作業空間是否有發生安全事故的風險，例如發生冒頂等。物探儀器操作人員必須嚴格按設計要求施工，線框角度擺放要正確，確保探測準確。物探施工前應確保作業環境符合物探施工條件，要將物探干擾降至最低。

(2)鉆探安全技術措施

鉆工必須經過培訓持證上崗，學習作業規程，了解掌握鉆孔探查設計內容。鉆場附近必須有專人定期對頂板進行維護，以免發生冒頂。在進行鉆孔前，應該清理完鉆場的浮煤，并保證鉆場處頂板的支護質量，要避免出現空頂現象。鉆機的操作應由具有豐富現場鉆進經驗的工人完成。每班開鉆前，鉆機要先試正、反轉。鉆機開始運轉后，任何人不準觸摸鉆桿及機器旋轉部位，防止鉆機傷人。鉆進過程中，要嚴格執行現場交接班制度，現場交清孔內情況和鉆機運轉情況。

(3)突水異常預防措施

鉆孔發生突水后要進行關閉閥門，對水量進行控制。探放水施工中一旦發生突水事故，現場不能控制時，應立即將突水情況向礦調度室匯報，并以盡快的方式通知附近地點的工作人員一起撤退。如果突水來自老空積水，在突水的同時有大量有害氣體涌出，撤離時要迅速戴好自救器或用濕毛巾捂住口鼻，以防中毒或窒息。

4.小結

在掘進施工過程中，礦井水對掘進的安全性危害極大。為了保證掘進施工的安全性，針對上組煤三采區3#煤3307膠帶順槽的超前探測進行了設計，設計了電法勘探和鉆探的方案。針對超前探測可能出現的一些危險情況，設計了一系列的安全措施。可以為掘進工作面的超前探測設計提供一定的參考。