巷道掘進工作面探放水技術的研究及實施

郝鵬飛

（晉能控股煤業集團挖金灣虎龍溝煤業有限公司，山西 朔州 038300）

0 引言

煤炭是我國的主要能源形式，對我國的經濟發展具有重要的支撐作用。在煤炭的開采過程中，多采用井工作業的方式進行地下開采。在開采過程中，煤礦受到地質水災害的影響，是影響煤礦安全的重大隱患[1]。進行煤礦開采巷道掘進的過程中，為保證煤礦后續開采的安全，避免受到地質水害的影響，必須在巷道掘進階段進行煤礦的探放水作業，從而將地下危險水害排除[2]。針對某煤礦掘進過程中的探放水防治技術進行研究分析，依據現場的地質情況進行水害來源的分析，并據此制定相應的探放水技術方案進行實施[3]，保證煤礦的安全開采。

1 煤礦巷道掘進的地質概況

以某煤礦的工作面探放水為例對煤礦掘進的探放水進行分析，礦井主采煤層為9#、15#煤層，煤層中富含瓦斯量較高，為保證開采安全，降低工作面的瓦斯含量，采用高抽巷對瓦斯進行抽采[4]。煤礦開采工作面布置如圖1 所示，15104 工作面高抽巷布置在15#煤層上不的頂板巖層中，距離工作面45 m，距離9#煤層采空區約為12.3 m[5]。掘進過程中，巷道為矩形斷面，其長度為990 m，寬度為2.5 m，高度為2.6 m，采用錨桿、錨索聯合支護的方式進行巷道支護[6]。

圖1 工作面巷道布置與煤層的位置關系示意圖

對15104 工作面的水害來源進行分析，奧灰水位+500 m，工作面的標高開口處為+1 000 m，開采過程中的高抽巷在工作面上部45 m 位置處[7]，要高于奧灰水位545 m，在巷道掘進過程中中間的地質結構形成了較好的隔水層，保證了掘進過程中不受奧灰水的影響。

15104 工作面進行高抽巷道掘進的過程中，要經過多個采空區，巷道掘進成為與9#煤層之間的距離為12.3 m[8]，依據煤礦的水文資料查詢，920 采空區的積水量約為1 380 m3，其余位置的采空區呈南北方向回采，工作面的長度為350 m，工作面長度方向上的高度差約為50 m，存在著老空區積水的問題[9]。工作面高抽巷掘進過程中受到老空區積水的影響作用。

15104 工作面的地質概況賦存3 層發育成熟的石灰巖，從上向下分別分布有猴石灰巖、錢石灰巖、四節石灰巖[10]。在地質探查過程中發現灰巖的含泥量較高，裂隙的發育較小，沖洗過程中耗液較少，含水層的富水性較差[11]，對工作面巷道掘進的影響作用較小。

通過上述分析可知，工作面進行巷道掘進過程中的水質災害主要受到老空區積水的影響，為保證高抽巷掘進的安全，需對工作面進行探放水作業，避免工作面發生水質災害，影響煤礦后續的開采安全。

2 礦井工作面探放水作業設計及實施

2.1 工作面探放水作業設計方案

15104 工作面高抽巷進行探放水分析，采用物探+鉆探相結合的方式進行水質探測，首先采用YD400 探測儀對工作面位置進行超前探測，確定探測工作面的掘進方向前方80 m 范圍內是否存在電阻值較低的異常區域[12]，從而依據探測的數據對工作面進行探放水作業方案設計。

鉆探作業采用ZLJ-400 型礦用煤巖鉆機，配置直徑40 mm，長度1 000 mm 的鉆桿，直徑45 mm 鉆頭進行鉆孔作業。進行探放水作業中，對工作面探水孔的布置如圖2 所示。在掘進工作面的掌頭方向上布置3 個探水孔，分別為1～3#孔，其中1#孔位于巷道的中間位置處，2#及3#孔距離巷道的左右兩側為0.35 m，高度為1.3 m，3 個孔之間的間距為1 m。3 個鉆孔中1#孔沿著巷道的中心位置設計施工深度為70 m，從而對巷道正前方區域的地下水進行探測，2#孔及3#孔相對巷道的中心位置為17°夾角，呈扇形分布的形式，從而對巷道兩邊側位置的地下水質進行探測，鉆孔的走向俯視，如圖3 所示。

圖2 探水孔的平面布置示意圖

圖3 探水孔俯視走向示意圖

2.2 工作面探放水作業施工要求

在進行工作面的探放水作業施工過程中，要依據設計的方案進行嚴格的施工作業，探放水的距離向前探70 m 掘進距離40 m，如圖4 所示。在每次進行探放水鉆孔作業時，要保證前方的超前距離為30 m，從而保證掘進工作的安全進行。進行施工過程中，對掘進工作面的掌頭進行標準化的檢查管理，保證鉆孔探水作業的持續進行。在進行鉆孔作業時，若工作面的掌頭受到煤層傾角變化的影響，此時應依據現場的實際工況條件，實時對超前鉆孔的參數進行調整，并對調整后的鉆孔參數進行標注記錄，依據修改的設計內容對工作面進行鉆孔探水。

圖4 工作面探測距離示意圖

在進行探放水作業過程中，若出現了地下水，則需設計相應的排水系統對水源處進行疏導處理。依照常規的出水量進行統計單孔常規的出水量為1 m3/h，最大出水量可達3 m3/h，排水系統的路線為工作面-1#采區軌道巷道-豎井-地面。

2.3 工作面探放水作業安全措施

對掘進工作面進行探放水作業，必須采區相應的安全措施，保證作業及人員的安全。在進行施工作業過程中，要對巷道周邊的施工環境進行實時的監測，特別是頂板及圍巖的變化情況，防止頂板發生冒落或者圍巖的脫落。在鉆孔探水過程中，若出現煤層松軟或者水壓增加等現象時，則應立即停止施工，并記錄鉆孔的深度，將鉆桿進行固定，避免鉆桿拔出，需通過專人對出水情況進行監測。在作業過程中，應對出水的前兆加強檢查，若出現出水征兆，應及時采取相關措施，調查出水原因，在原因不明之前，不得繼續施工。在巷道工作面進行鉆孔過程中會引起工作面內的瓦斯濃度增加，需加強對瓦斯濃度的監測，并加強通風，避免瓦斯濃度升高，保證工作面的掘進安全。

3 結論

1）對15104 工作面的水質狀況進行分析發現，工作面掘進過程中主要受到來自老空區的積水影響，對巷道的掘進存在安全隱患，需進行探放水作業。

2）依據巷道的實際地質條件，進行探放水作業方案的設計，采用物探和鉆探結合的方式，在掌頭方向上進行3 個探水孔的鉆孔設計，保證超前距離為30 m，并對巷道前方及兩側的水質進行探測。

3）采取相應的安全措施保證探放水的作業安全，經過鉆孔作業，涌水量由初始的6 m3/h 下降為0.5 m3/h，說明了老空區的積水以靜態的儲存水為主，可以通過探放水作業消除工作面的水質安全隱患。