掘進巷道探放水施工設計及支護技術

王 亮

（山西焦煤山煤國際韓家洼有限公司，山西 大同 037100）

引言

探放水施工是保證煤礦井下采掘施工期間杜絕水害隱患的重要保障，巷道在掘進過程中由于受鄰近采空區以及上覆采空區、老窯水等影響，巷道圍巖出現滲水現象，嚴重威脅著巷道安全快速掘進。巷道掘進前期通過探放水施工消除水害隱患，但是在實際巷道掘進過程中，由于探放水施工設計不合理以及安全技術措施不到位，探放水施工期間經常出現透水事故，或者巷道探放水施工后巷道掘進期間仍受圍巖淋水影響，嚴重制約著巷道安全快速掘進。本文以韓家洼煤礦22401運輸順槽掘進為例，對巷道掘進期間提出了合理有效的探放施工設計以及安全技術措施，力求保證巷道安全掘進，消除水害隱患。

1 22401運輸順槽概況

山西焦煤山煤國際韓家洼有限公司22401運輸順槽位于井田三水平西盤區，巷道設計長度為840 m，掘進煤層為22號煤層，煤層平均厚度為12.98 m，平均傾角為5°，煤層老頂以灰白色中粒砂巖為主，中粗粒結構，塊狀構造，泥質膠結，其成分以長石、石英為主，含煤屑，局部含少量礫石，粒徑大小為2～5 mm，成分以燧石為主，呈次棱角狀，巖芯局部破碎。底板以砂質泥巖，灰黑色泥質結構塊狀構造，夾細砂巖條帶，下部砂粒逐漸增多，巖芯局部破碎[1-2]。

根據兼并重組前原毛官屯煤礦資料顯示，當巷道施工到32 m處，距南幫9.8 m有兼并重組前原毛官屯煤礦遺留下來的舊巷。施工到246.3 m處，距北幫2.6 m處有兼并重組前原毛官屯煤礦遺留下來的2202運輸順槽。施工到600 m和661 m處，遇到兼并重組前原毛官屯煤礦遺留下來的兩條南北空巷，巷道寬約4 m。

22401運輸順槽采用綜合機械化掘進工藝，截至目前巷道已掘進140 m，巷道掘進前期在過原毛官屯煤礦遺留下來的舊巷時巷幫及頂板出現局部淋水現象，截止2020年4月17日淋水停止，共計淋水量為87 m3，為了保證巷道后期掘進安全，防止透水事故，決定對巷道采取合理有效的探放水施工設計。

2 探放水施工設計

2.1 鉆孔布置參數

由于22401運輸順槽上覆無采空區以及積水區，所以無需對上覆進行施工探放水鉆孔，巷道掘進期間主要技術區集中在巷道迎頭前方兩側采空區內，所以對工作面迎頭布置探水鉆孔即可。

1）22401運輸順槽每個鉆場內共計布置5個探水鉆孔，鉆孔編號為1號、2號、3號、4號、5號，鉆孔開口位置布置在距頂板2.0 m處，鉆孔布置間距為1.0 m，且布置在同一條直線上。

2）所有鉆孔深度為100 m，鉆孔仰俯角為0°其中1號鉆孔水平角為30°，2號鉆孔水平角為15°，3號鉆孔為中部鉆孔，水平角為0°，4號、5號鉆孔與1號、2號鉆孔對稱布置[3-4]。

2.2 鉆孔封孔工藝

傳統鉆孔采用通徑封孔工藝，該封孔工藝鉆孔擴孔簡單，但是封孔時鉆孔由于無孔徑差，封孔效果差，所以決定對22401運輸順槽鉆孔采用變徑法進行封孔，如圖1所示。

1）采用ZQJC-720/11型氣動架柱式鉆機以及直徑為63 mm、長度為1.5 m鉆桿配套直徑為75 mm鉆頭進行導向鉆孔施工，導向鉆孔施工長度為11 m后停止鉆進，更換擴孔鉆頭進行擴孔施工。

圖1 探水鉆孔變徑法封孔平面示意圖

2）變徑擴孔時先擴外孔，后擴內孔，外孔采用直徑為150 mm合金鋼鉆頭進行擴孔，擴孔后擴孔段直徑為153 mm，擴孔深度為5.0 m；外孔擴孔到位后更換直徑為130 mm鉆頭進行內孔擴孔施工，擴孔后鉆孔直徑為133 mm，擴孔深度為5.0 m，內外孔交接處采用變徑銜接[5]。

3）鉆孔變徑擴孔到位后，對鉆孔內安裝直徑為127 mm孔口管，每節孔口管長度為3.0 m，共計4根，相鄰兩節孔口管采用連接套進行固定。

4）待孔口管安裝后，對孔口管與孔壁之間錨入一根直徑為20 mm注漿軟管，注漿軟管與泥漿泵連接，注漿液采用水泥與水玻璃以1∶1比例的混合漿液，注漿壓力為1.5 MPa，注漿前在孔口往里0.5 m范圍內采用膨脹水泥進行封堵，防止注漿液滲出，注漿時間不得低于10 min，注漿完成后對鉆孔高壓注水試驗，注水壓力為3.0 MPa，注水期間無鉆孔竄動以及煤壁滲水時視為封孔合格。

3 探放水鉆場支護技術

22401運輸順槽掘進煤層為22號層，煤層整體穩定性差，在進行探放水施工時，很容易造成受水壓影響，出現煤壁破碎、片幫現象，導致透水、頂板等事故發生，所以決定對鉆場采取“施工井字形鋼帶+支設T型鋼棚”聯合支護措施。

3.1 施工井字形鋼帶

由于鉆場煤壁破碎嚴重，在施工鉆孔時很容易出現片幫現象，所以決定對鉆場施工“井字形”鋼帶。

1）22401運輸順槽巷道寬度為4.5m、高度為3.5 m，在鉆孔施工前，對鉆孔區域施工兩排JW型鋼帶以及3排縱向鋼帶，橫向鋼帶長度為3.0 m、寬度為0.32 m，鋼帶上焊制3個支護孔，孔間距為1.3 m，橫向鋼帶共計2根，縱向鋼帶共計3根，縱向鋼帶長度為2.0 m、寬度為0.32 m，縱向鋼帶上焊制2個支護孔，孔間距為1.5 m。

2）鉆場煤壁縱橫向鋼帶交錯布置，整體呈“井”字形布置，如圖2所示，第一根JW型鋼帶布置在距頂板1.2 m處，第二根與第一根布置間距為1.5 m，縱向鋼帶布置間距為1.3 m，縱向鋼帶與橫向鋼帶垂直布置。

圖2 22401運輸順槽鉆場支護示意圖（單位：mm）

3）縱向及橫向鋼帶之間采用玻璃鋼錨桿固定，每排布置3根玻璃鋼錨桿，玻璃鋼錨桿長度為2.0 m、直徑為25 mm，錨桿采用端頭錨固方式，每根錨桿采用一根長度為0.35 m樹脂錨固劑錨固，錨桿外露端采用一塊玻璃鋼圓托盤預緊[6]。

3.2 安裝T型鋼棚

由于受鉆孔施工擾動影響以及放水時水壓影響，很容易造成鉆場頂板破碎、冒漏現象，所以決定對鉆場施工一排T型鋼帶進行加強支護，如圖3所示。

圖3 T型鋼棚結構示意圖

1）22401運輸順槽鉆場安裝的T型鋼棚主要由頂梁、棚腿以及底座等部分組成，其中頂梁長度為0.5 m，采用寬度為0.12 m槽鋼安裝而成，在頂梁中部焊接一塊長度為0.2 m鋼板，鋼板上焊制兩個直徑為25 mm圓孔，孔間距為0.1 m，頂梁兩側各焊制一個直徑為30 mm錨桿支護孔。

2）棚腿采用長度為3.5 m、寬度為0.11 m工字鋼梁焊制而成，在棚腿頂底端各焊接一個長度為0.2 m鋼板，與頂梁上鋼板尺寸相同，且在鋼板上焊制兩個圓孔；底座采用長度及寬度為0.3 m的拱形墊片。

3）首先安裝頂梁，頂梁與頂板采用兩根長度為0.5 m、直徑為22 mm錨桿進行固定，頂梁固定后采用卡纜將棚腿與頂板進行固定，最后安裝底座，T型鋼棚安裝間距為1.5 m。

4 結語

截止2020年8月21日22401運輸順槽已掘進到位，巷道掘進期間共計施工7個探水鉆場（鉆場編號為1號、2號，…，7號），共計35個探水鉆孔，鉆孔總深度為3 500 m，其中1號鉆場有3個鉆孔為濕孔，2號、3號、4號、7號鉆場內所有鉆孔為干孔，5號鉆場內有1個為濕孔，6號鉆場內有4個鉆孔為濕孔，共計放水量為1 487 m3。探放水施工完后，巷道在后期掘進過程中，未出現頂板及兩幫淋水現象，保證了巷道后期安全快速掘進，取得了顯著應用成效。