沿空掘巷探放水技術(shù)優(yōu)化提升探析

郭成民

(鄭煤集團(tuán)公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

豐富的煤炭資源為我國(guó)提供了較為充足的能源支撐，但是從我國(guó)煤炭資源的開(kāi)采來(lái)看，煤礦水源地質(zhì)較為復(fù)雜，導(dǎo)致在煤礦生產(chǎn)的過(guò)程中，容易出現(xiàn)較多的礦山水害，特別是采空區(qū)內(nèi)聚積的老空水，對(duì)煤礦生產(chǎn)安全性帶來(lái)較大的威脅。通過(guò)采取高質(zhì)量的探放水技術(shù)，使巷道探放水技術(shù)得到了優(yōu)化，較好提升了巷道探放水效果。

1 工程概況

白坪煤業(yè)21071上順槽在設(shè)計(jì)時(shí)，均設(shè)計(jì)在上階段開(kāi)采后的卸壓區(qū)，留設(shè)的煤柱寬度為3～5 m，也就是沿空掘巷，采取這種方式，不僅可有效降低礦山壓力對(duì)整個(gè)煤柱帶來(lái)的影響，同時(shí)也有助于提升煤炭的開(kāi)采效率，較好克服采掘工作中出現(xiàn)的接替緊張問(wèn)題。白坪煤業(yè)21071掘進(jìn)工作面采取了探放水工作，在采空區(qū)中存有一定量積水，同時(shí)，從上區(qū)段已采工作面水文地質(zhì)資分析，采空區(qū)積水不但有大量的凈儲(chǔ)量，而且空區(qū)還處于頂部砂巖動(dòng)態(tài)補(bǔ)給的狀態(tài)，從動(dòng)水的補(bǔ)給情況來(lái)看，補(bǔ)給量在20 m3/h左右，且出水點(diǎn)較為分散。從開(kāi)采情況來(lái)看，如何實(shí)現(xiàn)巷道安全開(kāi)掘是影響巷道開(kāi)采的重要因素。

2 巷道積水情況分析

白坪煤業(yè)21071工作面上部有3個(gè)已經(jīng)開(kāi)采完成的工作面，且已經(jīng)開(kāi)采的工作面在開(kāi)采的過(guò)程中并沒(méi)有受到采空區(qū)水害的威脅，從對(duì)已經(jīng)開(kāi)采完成的工作面采掘工作來(lái)看，采空區(qū)內(nèi)存在較為明顯的頂板砂巖動(dòng)水補(bǔ)給的問(wèn)題，從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算來(lái)看，采空區(qū)的富水系數(shù)在10%，采空區(qū)積水量接近3.6萬(wàn)m3，最大的水壓接近0.4 MPa。從這些數(shù)據(jù)可看出，21071工作面在開(kāi)采的過(guò)程中容易受到采空區(qū)積水的威脅，特別是老空水出現(xiàn)突出的危險(xiǎn)，需要在沿空掘巷的過(guò)程中，對(duì)巷道探放水技術(shù)進(jìn)行全面的優(yōu)化與提升，更好保證煤礦采掘的安全性。同時(shí)，技術(shù)人員對(duì)21071掘進(jìn)工作面周邊的地質(zhì)情況、水文情況及采空區(qū)情況進(jìn)行了全面的調(diào)查研究，主要調(diào)查的內(nèi)容不僅有煤層的產(chǎn)狀等，還對(duì)周邊可能導(dǎo)致突水的因素進(jìn)行了全面系統(tǒng)分析，將采空區(qū)中的補(bǔ)給量、積水水頭高度等進(jìn)行了計(jì)算分析。這個(gè)過(guò)程中，還對(duì)工作面煤層頂板巖性組合特征進(jìn)行了分析，圈定出了采空區(qū)積水的范圍。

3 巷道探放水技術(shù)優(yōu)化提升措施

3.1 探水技術(shù)優(yōu)化提升措施

為最大限度地實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)中積水的探放，在21071工作面掘進(jìn)的過(guò)程中，在上順槽中設(shè)計(jì)了14個(gè)回次探放水，每個(gè)回次探90 m掘進(jìn)60 m，主要疏放凈儲(chǔ)量積水，回次范圍內(nèi)存在動(dòng)水補(bǔ)給時(shí)再布置站點(diǎn)疏放動(dòng)儲(chǔ)量積水，在具體施工的過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況對(duì)鉆孔的個(gè)數(shù)、方位等進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)節(jié)，主要介紹回次范圍的內(nèi)站點(diǎn)疏放水設(shè)計(jì)施工情況。

1)對(duì)鉆孔布置進(jìn)行全面優(yōu)化。主要是對(duì)局部采空區(qū)存在頂板動(dòng)水補(bǔ)給段進(jìn)行施工，之后根據(jù)煤層傾角的不同，間隔15～20 m，開(kāi)始施工下個(gè)鉆孔，等鉆孔確認(rèn)采空區(qū)內(nèi)不受動(dòng)水威脅后，則可以取消回次內(nèi)站點(diǎn)探放水工作。

2)鉆孔的參數(shù)。在每個(gè)站的位置，根據(jù)動(dòng)水量補(bǔ)給情況設(shè)計(jì)鉆孔方位2～4個(gè)，在每個(gè)方位設(shè)置鉆孔2個(gè)左右，主要是根據(jù)鉆孔所在位置的實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置時(shí)，鉆孔開(kāi)口的位置和底板之間的距離控制在1.5 m左右，在整個(gè)平面上，鉆孔呈扇形布置，鉆孔之間的夾角控制在20°，鉆孔的傾角根據(jù)煤層的傾角進(jìn)行設(shè)置，每個(gè)孔終孔原始煤層頂板以上15 m。在進(jìn)行鉆孔的打設(shè)時(shí)，開(kāi)孔的直徑控制在75 mm，其中需要設(shè)置套管，在鉆孔終孔之后，直徑控制在65 mm左右。每個(gè)鉆孔的深度控制在30～50 m。

3)選擇鉆探設(shè)備。根據(jù)21071工作面的實(shí)際地質(zhì)情況，從白坪煤業(yè)當(dāng)前的鉆探設(shè)備出發(fā)，在確保鉆探效果的基礎(chǔ)上，本次選擇使用150型全液壓鉆機(jī)進(jìn)行施工，選擇使用的鉆桿直徑為50 mm。

4)技術(shù)人員在將直徑75 mm的套管下入到其中后，控制長(zhǎng)度超過(guò)6 m，在必要的情況下，技術(shù)人員可以將長(zhǎng)套管加入到其中，可設(shè)置二級(jí)結(jié)構(gòu)，將水閘門(mén)裝上，也可以在套管上安裝厚度較厚的麻線(xiàn)或海帶，確保套管全部進(jìn)入到煤孔之后，與整個(gè)煤體可以實(shí)現(xiàn)緊密接觸，選擇使用鐵絲在套管口的位置將立柱全部固定好。在鉆進(jìn)的過(guò)程中，如果出現(xiàn)了卡鉆或者掉鉆及其他情況時(shí)，鉆孔可能出現(xiàn)報(bào)廢的問(wèn)題，這種情況下，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)重新進(jìn)行鉆孔的打設(shè)。圖1為孔口管安裝示意圖。

圖1 孔口管安裝示意圖

在成孔的過(guò)程中，本次對(duì)成孔的工藝進(jìn)行了針對(duì)性的優(yōu)化，開(kāi)孔選擇直徑93 mm鉆頭進(jìn)行鉆孔，鉆進(jìn)6.5 m后拔出鉆桿，將控水閥門(mén)、孔口管全部打入到鉆孔中之后，再選擇使用直徑65 mm鉆頭繼續(xù)打孔，在成孔了之后，將鉆桿全部拔出來(lái)，然后將引水管全部套上。選擇使用這種方式的主要優(yōu)勢(shì)是，可以有效防止由于鉆孔出水一段時(shí)間后出現(xiàn)塌孔而導(dǎo)致鉆桿不能順暢拔出的問(wèn)題，或者在將鉆桿拔出了之后，放水控制器不能及時(shí)打入到其中，導(dǎo)致出現(xiàn)了煤壁坍塌的問(wèn)題，從而導(dǎo)致在掘進(jìn)的過(guò)程中側(cè)幫涌水亂流沖刷煤壁，造成支架懸空，影響巷道安全掘進(jìn)。

3.2 放水技術(shù)優(yōu)化提升措施

1)探水施工前檢查21071上順槽排(流)水路線(xiàn)，通過(guò)上順槽臨時(shí)排水陣地全部排入到21下部水倉(cāng)中，對(duì)于排水的水路，通過(guò)設(shè)置鐵制水槽的方式進(jìn)行排水，水槽在制作的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)確保嚴(yán)密性，防止出現(xiàn)漏水的問(wèn)題。在每次進(jìn)行探水時(shí)，施工人員應(yīng)當(dāng)在探水地點(diǎn)之外的5m位置挖一個(gè)沉淀池，同時(shí)需要安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)對(duì)排水溝、沉淀池中的淤泥進(jìn)行全面的清理。

2)在探放水的過(guò)程中，若水流通過(guò)巷道時(shí)，坡度超過(guò)了5°，為保證巷道支護(hù)的穩(wěn)定性，施工人員應(yīng)當(dāng)選擇使用工字鋼和鋼絲等對(duì)支架采取連鎖加固的方式進(jìn)行加固。對(duì)于巷道底部可選擇使用編織袋進(jìn)行鋪地施工，在鋪地時(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)置為兩邊高、中間低的模式。同時(shí)，對(duì)探放水的水路通過(guò)巷道的“丁字口”或者“交叉點(diǎn)”時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)巷底柱窩進(jìn)行針對(duì)性的連鎖加固或者澆灌。本次設(shè)置的澆灌長(zhǎng)度為5 m，厚度設(shè)置為20 cm，選擇使用剛性連鎖的方式進(jìn)行加固，長(zhǎng)度設(shè)置為5 m。

3)為了更好地對(duì)整個(gè)排水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，本次在排水的過(guò)程中，施工人員開(kāi)挖了水泵窩。在巷道地勢(shì)最低的位置，開(kāi)挖水泵窩，主要便于在放水之后，技術(shù)人員可以將水引入到水泵窩中，然后在水泵窩中進(jìn)行集中排水。本次在排水時(shí)，系統(tǒng)包含有2臺(tái)水泵，排水泵和排水管路均一用一備，通過(guò)三通的方式，與排水管線(xiàn)進(jìn)行連接。

此外，在放水施工的過(guò)程中，技術(shù)人員鉆孔出水流入到井下水倉(cāng)中，這個(gè)過(guò)程中，設(shè)置了專(zhuān)門(mén)維護(hù)人員對(duì)整個(gè)泵房的排水系統(tǒng)工作情況進(jìn)行全面的維護(hù)，確保整個(gè)排水設(shè)置可正常運(yùn)行。為了更好地提升整個(gè)系統(tǒng)的防水效率，探水孔在打設(shè)時(shí)，數(shù)量可適當(dāng)增加，若出現(xiàn)了水量變小的問(wèn)題，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將防水控制器關(guān)閉，然后開(kāi)始掘進(jìn)施工。在掘進(jìn)距離超過(guò)探放水距離10 m后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將防水控制器打開(kāi)，一邊掘進(jìn)，一邊進(jìn)行放水，在水量下降后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)定時(shí)選擇使用錨索釬子對(duì)孔進(jìn)行捅孔，主要目的是為了將采空區(qū)中的積水排干凈。在將水全部排干凈之后，選擇使用黃泥進(jìn)行封孔施工。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)選擇使用上述探放水技術(shù)優(yōu)化措施，在本次探放水的過(guò)程中取得了較好的效果，特別是在動(dòng)水補(bǔ)給條件下如何保證安全掘進(jìn)，減少對(duì)掘進(jìn)施工的影響較為明顯。隨著煤炭開(kāi)采深度的不斷提升，全面提升巷道掘進(jìn)過(guò)程中探放水的效果非常關(guān)鍵，在具體施工的過(guò)程中，技術(shù)人員需要采取針對(duì)性的措施，對(duì)探放水技術(shù)進(jìn)行不斷的優(yōu)化與提升，從而更好地保證施工的效果，提升探放水的安全性。