掘進巷道探放水施工工藝應用

王曉輝

（晉能控股煤業集團石碣峪煤業有限公司，山西 朔州 036002）

1 4012 運輸槽概況

晉能控股煤業集團石碣峪煤業有限公司4012 運輸順槽位于401 采區，工作面東部為401 運輸下山，西部為F9 斷層，南部為F1 斷層，北部為F10 斷層。

4012 運輸順槽設計長度為710 m，巷道掘進煤層為4 號煤層，煤層厚度4.01～8.52 m，平均6.54 m，含2～3 層夾矸，結構較簡單。夾矸巖性多為泥巖、碳質泥巖。煤層頂板為粗粒黃砂巖，底板為泥巖。4 號煤為半暗型，煤巖成分以半暗煤為主，煤巖類型以半暗煤為主，巷道沿4 號煤層底板進行掘進。

巷道在掘進過程中主要受頂板含水層影響，該組巖性由灰白色砂巖、灰色粉砂巖、砂質泥巖、泥巖、煤線等組成，砂巖為含水層。砂巖約占本組的60%，傾向上巖性變化不大，走向上具由東向西顆粒變細的趨勢。本礦在開采4 號煤層時，礦井涌水量一般為100～150 m3/d，充水水源即為山西組砂巖裂隙水。

4012 運輸順槽采用綜合機械化掘進工藝，截至目前巷道已掘進220 m，巷道掘進前期由于受上覆含水層影響，巷道掘進前期頂板淋水量達4.7 m3/h，為了保證巷道安全掘進，決定對巷道采取探放水施工[1]。

2 探放水施工

2.1 探水設備

1）探水鉆機：4012 運輸順槽探水鉆孔主要采用ZQJC-720/11 型氣動氣動架柱式鉆機進行鉆孔施工，該鉆機具體參數如表1 所示。

表1 ZQJC-720/11 型氣動鉆機參數表

2）鉆桿及鉆頭：ZQJC-720/11 型氣動鉆機配套中空鉆桿，每根鉆桿長度為1.5 m，鉆桿直徑為63 mm，鉆桿中部孔直徑為25 mm，導向鉆孔主要采用直徑為75 mm 鉆頭施工，擴孔鉆頭采用直徑為130 mm 合金鋼鉆頭。

3）封孔設備及材料：4012 運輸順槽探水鉆孔采用膨脹水泥以及麻絲、海帶聯合進行封孔，封孔前需對封孔段安裝封孔管，封孔管為聚氨酯材質，封孔管每節長度為3 m。

2.2 探水鉆孔布置參數

由于4012 運輸順槽四鄰關系明確，不存在老空水以及小窯水，所以無需對周邊進行探放水施工，4012 運輸順槽迎頭共計布置4 個探水鉆孔，鉆孔每70 m 布置一組，鉆孔布置在距頂1.5 m 煤壁上，如圖1 所示。

圖1 4012 運輸順槽探水鉆孔布置示意圖

其中仰斜鉆孔即頂孔3 個（1 號、2 號、3 號），導向鉆孔即水平孔一個（4 號），給個鉆孔深度為100 m，鉆孔具體布置參數如下頁表2 所示。

表2 4012 運輸順槽探水鉆孔布置參數

2.3 探水鉆孔封孔

4012 運輸順槽探水鉆孔采用麻絲、海帶膨脹水泥進行封孔，具體封孔工序如下[2-3]：

1）鉆孔施工至11 m 處時停止鉆機，及時對鉆孔內煤削進行清理，確?？妆谕旰?，然后退出鉆機鉆桿，將原來的孔口鉆頭（直徑為75 mm）替換為擴孔鉆頭（直徑為130 mm）。

2）鉆頭替換后進行擴孔施工，擴孔深度為10 m，擴孔到位后同樣對孔內煤屑進行清理，為了保證擴孔精度，擴孔到位后必須進行測量，擴孔深度誤差應控制在0.2 m 范圍內。

3）擴孔到位依次對鉆孔內安裝孔口管，孔口管安裝到位后對孔壁與孔口管之間填塞膨脹水泥，同時在孔口往里0.5 m 范圍內采用麻絲、海帶進行封堵?？卓诠芄潭? h 后鉆孔方可繼續鉆進[4]。

3 探放水施工注意事項

1）鉆機安裝前應將工作面內煤矸清理干凈，并對鉆機安裝地點進行整平，確保鉆機安裝在堅硬底板上，若底板松軟或有積水時，可對底板鋪設方磚、鋼板或硬化處理。

2）鉆機安裝后必須保證液壓柱支撐頂板，確保鉆機安裝牢固可靠，鉆機開機前必須將風水管路安裝到位，管路對接處必須安裝牢固可靠；鉆機在鉆進前必須進行試運轉，確保鉆機運行穩定。

3）鉆機在鉆進過程中由專業的操作人員控制鉆機，保證鉆機鉆進速度；鉆機在鉆孔前必須由專業的技術人員現場給定鉆進位置，并掌握好鉆機鉆進角度，鉆孔每鉆進10 m 進行一次測量，測量內容主要包括：鉆進深度、鉆機角度、鉆機巖性情況[5]。

4）鉆孔施工過程中應合理控制鉆進推進速度，當圍巖穩定性時可增加鉆機推進速度，當圍巖破碎時應將鉆機推進速度控制2～3 m/min，防止鉆孔出現塌孔現象，一旦出現塌孔必須重新補打。

5）由于4012 運輸順槽探水鉆孔為仰斜鉆孔，鉆孔孔口管必須安裝牢固可靠，孔口管安裝后必須進行耐壓試驗，具體方法如下：孔口管安裝后對孔口管處高壓注水，注水壓力為積水壓力的1.5 MPa，耐壓時間不得低于10 min，耐壓試驗期間發現孔口管無竄動現象，確定為封孔合格。

6）鉆孔在施工過程中必須定期對鉆孔鉆孔情況進行測量記錄，內容主要包括著鉆進深度、鉆進煤巖性以及鉆孔出水情況，當鉆孔鉆進積水區時不得立即拔出鉆桿，對孔口處安裝壓力表、閘閥后方可把桿放水。

7）若鉆孔布置在不穩定圍巖中，為了防止放水過程中因水壓過大導致煤壁垮落現象，放水前需對鉆場頂板采取支設木柱、單體柱進行加固，煤壁可采取施工玻璃鋼錨桿以及注漿進行加固。

8）為了防止鉆孔施工過程中出現瓦斯等有害氣體涌出，在距鉆場5 m 內應安裝瓦斯監控裝置，并由專人進行監測，發現鉆場內瓦斯濃度達0.8%時必須立即撤人，并采用風流引射器對鉆場進行排瓦斯。

4 實際應用效果分析

截止2021 年3 月21 日，4012 運輸順槽探已掘進到位，巷道在后期掘進期間共計布置了5 個探水鉆場，每個鉆場布置4 個探水鉆孔，其中共計5 個導向鉆孔，且全部為干孔，無出水現象；共計20 個頂板仰斜鉆孔，頂板鉆孔中有14 個為濕孔、6 個為干孔，共計放水量為3 277 m3，與探測水量基本相符；巷道在后期掘進中位于450～610 m 段頂板淋水量相對較大，通過探測受巷道揭露的F4 斷層裂隙水影響，淋水量為1.7 m3/h，頂板淋水3 d 后淋水量衰減為0.62 m3/h，其他區域頂板平均淋水量不足0.5 m3/h，由此可見，4012 運輸順槽采取探放水施工后，基本消除了上覆含水層水害影響，保證了巷道快速掘進。

5 結語

探放水施工是探明采掘區域積水情況、消除水害隱患的重要技術手段，探放水施工設計直接影響著放水效率及放水精度，所以對于采掘巷道采取合理有效的探放水設計，對煤礦采掘施工安全、杜絕水害事故具有重要意義；石碣峪煤礦為了保證4012 運輸順槽安全順利掘進，防止頂板水害事故發生，采取了合理有效的探放水施工設計，通過實際應用效果來看，采取探放水施工后巷道在后期掘進過程中頂板淋水現象得到了明顯改善，解決了因頂板淋水軟化造成頂板失穩、支護失效等技術難題，杜絕了水害事故發生，取得了顯著應用成效。