小窯破壞區探放水施工設計及應用

呂鵬鵬

（晉能控股煤業集團四侯煤礦，山西 晉城 048108）

1 3203 回風順槽概述

晉能控股煤業集團四侯煤礦3203 回風順槽掘進工作面位于礦井二采區，沿煤層底板由北向南施工，巷道底板標高+749～+762 m。工作面開口點（北側）連接二采區運輸巷，東側為3203 綜采放頂煤設計工作面，西側為3202 進風順槽，南側為原澤成小窯破壞區。

3203 回風順槽設計長度為685 m，斷面規格為寬×高=5.0 m×2.8 m，巷道掘進煤層為3 號煤層，煤層平均厚度為4.8 m，平均傾角為3°，煤層頂底板巖性如表1 所示。

表1 3 號煤層頂底板巖性匯總表

根據相鄰工作面實際揭露資料及區域內勘察資料分析，3203 回風順槽掘進工作面為單斜構造，傾角約2°～13°，地質構造中等。巷道掘進至246～360 m 段為小窯破壞區，探測到小窯破壞區超前10 m，回縮東幫1.5 m，實體煤段為矩形斷面，凈寬3.5 m，凈高2.8 m；遇小窯破壞區采用梯形斷面，頂凈寬3.1 m、底凈寬3.9 m，凈高2.8 m。為了保證巷道安全快速掘進，避免巷道掘進期間出現透水事故，決定對巷道在過小窯破壞區前進行超前鉆探，并對巷道過小窯區采取聯合支護技術。

2 小窯區超前鉆探技術

2.1 探水設備型號

2.1.1 鉆機型號參數

3203 回風順槽采用ZDY-1900 型全液壓坑道鉆機進行探水鉆孔施工，鉆機為全液壓動力頭式結構，主要由主機、泵站、操作臺三大部分組成，該鉆機具有解體性好、拆遷方便、擺布靈活等優點，且回轉器為通孔結構，鉆桿長度不受鉆機結構尺寸的限制。該鉆機具體技術參數如表2 所示。

表2 ZDY-1900 型全液壓坑道鉆機技術參數表

2.1.2 封孔設備

主要采用FKJW-173/2.0 兩堵一注封孔器，封孔器封孔長度為0.5 m。此外還包含高壓注水泵，長度為3.0 m、直徑為108 mm 的孔口管若干根以及直徑為130 mm 的合金鋼擴孔鉆頭等構件。

2.2 鉆孔布置

通過水文地質資料發現：巷道掘進至246～360 m段時進入小窯區，小窯區位于巷道進向左側，距巷道中心21 m。所以當巷道掘進至180 m 處時，對巷道迎頭布置3 個探水鉆孔，鉆孔編號為1 號、2 號、3 號，所有鉆孔仰俯角為0°，鉆孔深度為100 m，鉆孔直徑為75 mm，其中鉆孔布置在距頂板1.0 m 處迎頭煤壁上，鉆孔布置間距為1.0 m。其中1 號鉆孔距巷道左幫間距為0.5 m，1 號鉆孔水平角為30°，2 號鉆孔水平角為15°，3 號鉆孔水平角為0°，具體如圖1 所示。

圖1 3203 回風順槽探水鉆孔布置示意圖（mm）

2.3 鉆孔封孔工藝

1）由于小窯區位于巷道進向左側，巷道在掘進過程中，煤體會受應力影響，出現破碎現象，通過鉆孔實測，鉆孔在前12 m 范圍內煤體破碎嚴重，局部出現塌孔現象，12 m 后鉆孔成孔率高，鉆孔壁巖體穩定，所以決定對鉆孔前12 m 范圍內進行封孔處理。

2）首先對鉆孔前12 m 段進行擴孔處理，擴孔采用直徑為130 mm 的合金鋼鉆頭進行施工，擴孔到位后及時對鉆孔內煤泥進行清理。

3）鉆孔擴孔到位后，向鉆孔內安裝孔口管，共計安裝4 根，孔口管之間采用絲扣進行固定連接，在孔口管頂端及底端安裝1 個環形封孔器，然后將封孔器注水管與高壓水泵連接，對封孔器注水打壓，當封孔器完全膨脹且封堵孔口后，停止注水打壓。

4）封孔器安裝后，對兩個封孔器之間的環形封堵空間進行注漿施工，注漿液采用水玻璃與水泥混合漿液，注漿壓力控制在1.5 MPa 范圍內。

3 小窯破壞區聯合支護技術

由于3203 回風順槽掘進至246 m 處進入小窯破壞區，兩巷之間間距為21 m，受應力影響，巷道在246～360 m 段圍巖破碎嚴重，預緊頂板及巷幫出現嚴重破碎現象。因此需對該區域進行加強支護。

3.1 注漿加固

3203 回風順槽掘進至240 m 處時，開始對巷道進行注漿加固，注漿加固區主要為巷道進向左側煤壁與頂板之間三角煤柱區域。

1）采用手持式鉆機對巷道施工注漿鉆孔，巷道迎頭共計施工3 個注漿鉆孔，鉆孔編號為1 號、2號、3 號，其中1 號、2 號鉆孔為幫孔，3 號為頂孔，鉆孔深度為5.0 m，直徑為45 mm。

2）1 號鉆孔施工在距頂板1.5 m、距左幫0.5 m處，鉆孔仰角為0°，向左偏角為30°；2 號鉆孔施工在距頂板0.8 m 處，鉆孔仰角為45°，向左偏角為30°；3 號鉆孔施工在距頂板0.5 m、距左手幫1.0 m處，鉆孔仰角及水平角為0°。

3）所有鉆孔施工完后，對鉆孔內安裝注漿軟管，注漿軟管與注漿泵進行連接，然后進行注漿施工，馬麗散與催化劑以1∶1 的質量配比混合注漿，注漿壓力為2.0 MPa。

3.2 梯形棚施工

由于3203 回風順槽掘進至小窯破壞區后，巷道變為梯形，巷道上斷面寬度為3.5 m，下斷面寬度為4.0 m，巷道寬度為2.8 m，所以決定對巷道小窯破壞區架設密集梯形鋼棚支護。

梯形棚主要采用工字鋼以及U29 型鋼焊制而成，頂梁為11 號工字鋼梁，頂梁長度為2.8 m，寬度為0.11 m，頂梁兩端各安裝1 個卡纜固定孔；棚腿長度為3.2 m，棚腿采用U29 型鋼焊制而成，棚腿與頂梁之間采用卡纜進行固定。為了提高鋼棚安裝穩定性，決定對鋼棚棚腿安裝底座，底座采用長度及寬度均為0.5 m 的鋼板焊制而成。

梯形鋼棚安裝時先安裝棚腿，棚腿安裝在穩定底板上，棚腿安裝后采用螺母將棚腿進行固定，最后安裝頂梁，梯形棚安裝間距為1.0 m，梯形棚安裝到位后，必須保證頂梁與頂板接觸嚴實。具體聯合支護技術情況如圖2 所示。

圖2 3205 回風順槽過小窯破壞區聯合支護技術（mm）

4 結語

巷道掘進期間，必須對四鄰水害進行排除，只有這樣才能保證巷道安全快速掘進。四侯煤礦對3203回風順槽過小窯破壞區時，采取了合理有效的探放水措施，從實際應用效果來看，巷道施工探水鉆孔共計放水1 244 m3，巷道在后期掘進過程中未出現淋水現象；對巷道過小窯破壞區期間采取聯合支護技術后，巷道在后期掘進過程中未出現煤壁片幫、頂板破碎現象，有效保證巷道安全快速掘進，取得了顯著應用成效。