采空區探放水施工技術應用分析

徐 寧

（晉能控股煤業集團南河煤礦， 山西 晉城 048400）

1 15109 回風順槽概述

晉能控股煤業集團南河煤礦15109 回風順槽位于井田一采區，巷道南北走向布置，巷道東部為15109 運輸順槽，南部為采區大巷，西部為15106 采空區。

15109 回風順槽設計長度為1 660 m，巷道斷面規格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進煤層為15號，煤層發育完整，厚1.54～4.76 m，平均厚度3.15 m，平均傾角為4°，煤層偽頂以泥巖為主，平均厚度為0.4 m，直接頂以灰巖為主，平均厚度為8.87 m，直接頂主要以泥巖、砂質泥巖互層，平均厚度為7.84 m。

15109 運輸順槽與15107 采空區間隔安全煤柱寬度為30 m，根據南河煤礦15109 運輸順槽水文地質資料顯示，15109 運輸順槽掘進期間受15107 采空區積水影響較大，預計15107 采空區內積水量達2 457 m3；截至目前15109 運輸順槽已掘進340 m，巷道在前期掘進過程中由于受采空區積水影響，以及前期探放水施工不到位等，造成巷道圍巖出現淋水現象，通過現場觀察發現，平均淋水量達1.4 m3/h，導致采空區巷幫片幫以及局部支護失效嚴重，制約著巷道安全快速掘進。

2 采空區探放水設計

2.1 鉆探設備選擇

15109 回風順槽采用ZY-750D 煤礦用全液壓鉆機對15107 采空區施工探水鉆孔，鉆機具體技術參數如表1 所示。

表1 ZY-750D 煤礦用全液壓鉆機及配套設備主要技術參數

2.2 鉆孔布置參數

15109 回風順槽沿15 號煤層底板平行掘進，采空區鉆孔成扇形布設，鉆孔布置在采空區巷幫上，巷道每掘進100 m 布置一個鉆場，每個鉆場內布置3個鉆孔，鉆孔距底板間距為1.0 m，為了實現超前鉆探，鉆孔與巷幫夾角為45°布置，鉆孔深度為50 m。

2.3 鉆孔封孔工藝

為進一步提高探水鉆機的封孔質量，并科學合理地確定封孔深度，南河煤礦地測防治水科確定通過實測鉆孔煤屑量法確定封孔深度，并采取二堵一注法實施封孔[1-2]。

2.3.1 封孔長度確定

1）鉆孔煤屑量法基本原理。因卸壓區壓力較大、煤體疏松，在鉆孔鉆進時鉆孔內的煤屑量會增多，但在原巖應力區的煤體內應力強度達到均衡狀態，鉆孔鉆進時壓強減小，所形成的煤屑量也相應較少，所以通過鉆孔產生煤屑數大小判定了內部的應力區，并以此判定鉆機封孔尺寸。

2）封孔長度確定。在距底板1.0 處均勻布設1 個試驗鉆孔，鉆孔總長為30 m，孔徑為75 mm，通過現場鉆進觀測表明，在鉆進0～6.0 m 區域內的鉆屑量逐漸增加，在6～12 m 區域內的鉆屑量逐步下降，在12 m后鉆孔內產生的煤屑量趨于平衡，其中在6.0 m 處的鉆屑量達到了最大，從而能夠判斷在該鉆進的0～12 m區域內為卸壓區，在12 m 后則為原巖應力區，從而確定鉆孔封孔長度為12 m。

2.3.2 “兩堵一注”法封孔工藝

1）先進行鉆孔開口施工，開口直徑為75 mm，開口深度為12.5 m，開孔到位后再選擇孔徑為130 mm擴孔鉆頭進行擴孔施工，擴孔到位后保證鉆孔擴孔段直徑不低于130 mm。

2）鉆機擴孔后裝有2 根無縫封孔套筒，每根套筒總長度為6.0 m，直徑為108 mm，兩根套筒采取絲扣式聯接,孔口管裝配后在距孔下部1.0 m，以及孔口1.0 m 處安裝PKJW 型封口器（直徑為0.5 m），并采用膨脹水泥進行封堵，如圖1 所示。

圖1 探水鉆孔“兩堵一注”封孔平面示意圖（單位：mm）

3）當膨脹的水泥完全穩固后，采用高壓注漿泵向封孔器封堵的環形空間高壓注入聚氨酯漿液，注入壓力不能小于1.0 MPa，且單孔的注漿材料持續時間不能小于10 min。

4）封孔2 h 后通過注水耐壓試驗，注水壓力不低于2.0 MPa，單孔注水耐壓試驗持續時間不能小于20 min，耐壓試驗期內未出現煤體滲漏或者孔管竄動現象時判斷為鉆進封孔工程質量驗收合格。

3 探放水安全技術措施

3.1 鉆場圍巖支護技術

為避免在探放水期間產生煤壁片幫、頂板垮落等事故，南河煤礦地測防治水科決定對鉆場煤壁施工玻璃鋼帶及錨索支護，對頂部施工撞楔超前玻璃鋼錨桿支護。

1）采空區探放水鉆孔施工完后，再鉆孔附近施工四根柔性玻璃鋼帶，鋼帶縱橫且成"井"字形布置，橫向鋼帶長度為2.5 m，并配有三根玻璃錨桿，張拉錨桿距離約為1.0 m；縱向鋼帶長度為1.5 m，并配有2 根玻璃錨桿，與張拉錨桿距離為1.0 m，如圖2所示。

2）為了防止探放水期間出現頂板垮落現象，在放水施工前對設計頂板處施工一排超前玻璃鋼錨桿支護，首先在頂板位置施工一排超前支護孔，孔深為3.0 m，鉆孔垂直煤壁布置，鉆孔間距為0.5 m，共計施工8 個支護孔，支護孔施工后依次對鉆孔內錨注長度為3.2 m，直徑為25 mm 玻璃鋼錨桿，如圖2 所示。

圖2 采空區探水鉆場支護平面示意圖（單位：mm）

3）為了進一步提高鉆場圍巖整體穩定性以及探放水施工安全，鉆孔煤壁加固后在鉆場處支設一排密集木柱，共計支設10 根，煤柱支設間距為0.5 m；同時在探水鉆孔下方底板處施工一個臨時蓄水池，蓄水池規格為長×寬×深=1.5 m×1.0 m×0.8 m。

3.2 探放水安全技術

1）在鉆機安裝過程中鉆頭與液壓系統動能站對接裝置時，應當將鉆頭調節閥與動能站截斷閥完全封閉，鉆機架設時要求穩定堅固，作業現場浮煤清理干凈。

2）在鉆孔施工過程中作業人員應當扶牢鉆機，并控制好鉆機的進壓和進尺轉速，并觀測泵壓壓力狀況、鉆機的回水狀況以及鉆桿鉆機狀況，同時也應對鉆機的工作狀況加以觀測，如發現異常進行停鉆處置。

3）鉆進過程中出現鉆機卡鉆、鉆桿扭曲現象時，應當及時松開鉆機分離器或撤出鉆頭，并應對鉆機實施進一步檢測，當發現鉆機上存在的崩片或刃口損壞較嚴重時，應當立即調換鉆機。

4）當探放水施工過程中預計可能出現有害氣體涌出時，應當設置專門的瓦斯排放檢驗員在現場跟班，日常鉆探時，跟班組長須帶上便攜式瓦檢儀[3-5]。

4 應用效果

截止2021 年1 月21 日15109 回風順槽已掘進到位，15109 回風順槽共計施工12 個鉆場，36 個采空區探水鉆場，通過現場探放水施工發現，36 個探水鉆孔中有21 個為濕孔，15 個為干孔，共計放水量為2 387 m3，探放水完成后巷道在后期掘進過程中未出現因采空區積水壓力影響，導致巷幫及頂板出現垮落、破碎現象，巷道圍巖淋水量降低為0.3 m3/h，完全消除了15107 采空區積水隱患，保證了15109回風順槽安全掘進，取得了顯著應用成效。