掘進(jìn)巷道超前探放水工程技術(shù)探討

摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，生活、生產(chǎn)對(duì)于能源的需求不斷增長(zhǎng)，促進(jìn)了我國(guó)煤礦企業(yè)的發(fā)展，但是不少煤礦企業(yè)不注重安全生產(chǎn)，出現(xiàn)盲目爭(zhēng)搶資源、越界開(kāi)采等問(wèn)題，給煤礦人員的生命安全埋下隱患。為了有效避免巷道掘進(jìn)工程出現(xiàn)安全事故，采用超前探放水技術(shù)能夠有效提升掘進(jìn)工程的安全性能，預(yù)防生產(chǎn)事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)巷道工程；超前探放水技術(shù)；生產(chǎn)安全

1 910掘進(jìn)工作面及存在問(wèn)題

1.1 工作面位置

910工作面為二水平一采區(qū)，地面標(biāo)高在1439m～1446m，井下標(biāo)高在1234～1254m，910工作面地面位置位于井田南部麻黃頭村東林地、耕地、溝谷，無(wú)居民居住。

910工作面井下位置北部為908工作面采空區(qū)；西部為一采區(qū)回風(fēng)大巷、軌道大巷、膠帶大巷；南部、東部為實(shí)體煤（未采區(qū)域）。910運(yùn)輸順槽、回風(fēng)順槽上覆為410工作面采空區(qū)，對(duì)910工作面掘進(jìn)有一定的影響。

910工作面走向長(zhǎng)1278米（從9煤運(yùn)輸大巷開(kāi)始）、傾向長(zhǎng)150米、面積191700m2，可采儲(chǔ)量估算204萬(wàn)噸。

1.2 工作面水文地質(zhì)情況

（1）9#煤層直接充水含水層為太原組上部砂巖裂隙含水層，屬弱富水性含水層；關(guān)于奧灰水，910工作面內(nèi)9#煤層最低底板標(biāo)高為1234m，均在本井田內(nèi)奧灰水位標(biāo)高（1057-1058m）之上，不存在奧灰水帶壓開(kāi)采情況。

（2）910工作面北部相鄰908綜采工作面采空區(qū)，兩工作面間留設(shè)20米保護(hù)煤柱，在回采908面過(guò)程中有少量老塘積水，可能通過(guò)導(dǎo)水裂隙涌入910掘進(jìn)工作面中。

（3）910工作面回風(fēng)順槽上覆為410綜采工作面采空區(qū)，老塘內(nèi)有一定量的殘余積水，910工作面掘進(jìn)后，可能通過(guò)導(dǎo)水裂隙涌入910掘進(jìn)工作面內(nèi)，造成滴、淋水現(xiàn)象。

（4）在兩道低洼處設(shè)置臨時(shí)排水點(diǎn)，配備排水能力不低于50m3/h的水泵，并保證隨時(shí)可正常啟用，確保巷道不出現(xiàn)積水現(xiàn)象。

1.3 構(gòu)造及煤層賦存情況

根據(jù)908運(yùn)輸順槽切眼停頭處打超前鉆探13米揭露F1斜交正斷層，傾角70度，斷層落差在5～7米左右；910運(yùn)輸順槽從9煤運(yùn)輸大巷開(kāi)窩向前掘進(jìn)735米左右、910回風(fēng)順槽向前掘進(jìn)581米左右將見(jiàn)F1斷層。對(duì)盤煤層錯(cuò)下，周圍煤層頂、底板受F1斷層影響較為破碎易冒落。910運(yùn)輸、回風(fēng)順槽向前掘進(jìn)煤層有褶曲現(xiàn)象，煤層在2～5度起伏變化。4煤與9煤層間距平均54米左右。

910工作面煤層厚度為8.7～12.5m，煤層平均厚度為10.3m，煤層距地表最近距離為82m，最遠(yuǎn)距離153m。煤層賦存情況良好，呈水平結(jié)構(gòu)，略有起伏，結(jié)構(gòu)單一。

1.4 水量及水壓預(yù)計(jì)

從理論來(lái)說(shuō)，巷道上部土層含水不會(huì)對(duì)工程造成較大威脅，但是在掘進(jìn)過(guò)程中可能導(dǎo)致上部土層出現(xiàn)縫隙，而這可能導(dǎo)致水分直接灌入縫隙中，進(jìn)而形成水流通道，特別是在雨季或冰雪融化時(shí)期，對(duì)巷道掘進(jìn)工程造成較大影響，可能發(fā)生滲水、涌水以及裂隙變大等問(wèn)題。排除地震、洪水等突發(fā)事故的影響，僅以常見(jiàn)土地滲水作為標(biāo)志，應(yīng)用大井法計(jì)算該工作面最大涌水量為93.42m3/h；應(yīng)用狹長(zhǎng)巷道法計(jì)算該工作面最大涌水量為85.23m3/h；根據(jù)煤礦最大深度計(jì)算該工作面最大水壓應(yīng)該<1.5MPa。

1.5 存在的問(wèn)題及建議

本次巷道掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)相關(guān)規(guī)定應(yīng)用高密度電法與瞬變電磁法進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)巷道附近存在空氣，但未能明確采空區(qū)的具體部位，因此，需要采用超前探放水技術(shù)，早期發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，并排空其中的積水，降低突水事件發(fā)生率，保障910工作面的生產(chǎn)安全。

2 超前掘進(jìn)探放水工程設(shè)計(jì)

2.1 超前探放水目的

應(yīng)用超前探放水技術(shù)主要是為了降低910工作面的安全隱患，并明確采空區(qū)具體位置，進(jìn)而為后續(xù)排水工作提供科學(xué)依據(jù)，提高生產(chǎn)的安全性，保障工作人員的生命安全。

2.2 工程設(shè)計(jì)

《煤礦防治水規(guī)定》中明確指出，煤礦巷道掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)于采空區(qū)探放水時(shí)，需要科學(xué)布設(shè)探水孔，并將探水孔的間距保持在3m的最佳距離。文章主要針對(duì)超前距、允許掘進(jìn)距離、幫距以及孔間距等參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行闡述。（1）超前距：在掘進(jìn)巷道探水過(guò)程中，很難一次就探查到積水區(qū)，通常是在不斷的探水和掘進(jìn)的循環(huán)之下，探水孔始終超過(guò)掘進(jìn)工作面一段距離，這段距離被稱為超前距。本次工程中的超前距為30m。（2）允許掘進(jìn)距離：其是指安全掘進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本次工程中的允許掘進(jìn)距離為70m。（3）幫距：其是指運(yùn)輸機(jī)與采空區(qū)之間必須保持的距離。一般情況下幫距為20m。（4）鉆孔密度：在允許掘進(jìn)終點(diǎn)，探水孔之間的間距，本次研究中鉆孔密度為3m。

2.3 超前探放水工程布置

在910工作面輔助巷道882m處以及回風(fēng)巷921m處發(fā)現(xiàn)異常區(qū)，由于無(wú)法確定采空區(qū)具體位置，所以在距離異常區(qū)150m處開(kāi)始超前探放水工程。

3 施工工藝及技術(shù)要求

將鉆機(jī)調(diào)整至合適的角度和位置，并結(jié)合實(shí)際情況確定鉆機(jī)的方位角以及傾斜角，并使用數(shù)學(xué)模型觀察各參數(shù)的可行性和科學(xué)性。使用探測(cè)工具對(duì)各參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)。在安置好排水管后，連接排水管，使用排水泵抽出采空區(qū)積水，當(dāng)水量逐漸減小后，關(guān)閉閥門，等待12h后進(jìn)行2次排水，直至無(wú)明顯積水。在軟土巖層使用復(fù)合鉆頭鉆進(jìn)，若出現(xiàn)硬巖層，可使用人造金剛石鉆頭鉆進(jìn)，使用沖洗液清洗。全部調(diào)整到位后，開(kāi)始鉆孔，在鉆機(jī)架上預(yù)先做好深度標(biāo)記，利用深度標(biāo)記進(jìn)行成孔深度控制，并由電流表的數(shù)值判斷是否進(jìn)入持力層。在施工過(guò)程中，采用雙控標(biāo)準(zhǔn)控制孔深，既滿足有效樁長(zhǎng)，又保證樁端進(jìn)入持力層≥50cm。在大面積施工前，首先進(jìn)行試鉆工作，共試驗(yàn)3個(gè)孔，由此取得鉆孔的合適參數(shù)。鉆進(jìn)過(guò)程中需要隨時(shí)觀察周圍地質(zhì)變化，并記錄各項(xiàng)參數(shù)以及沖洗液的使用情況。鉆井過(guò)程中要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)做好記錄工作。

在確定好鉆孔位置后，需要由測(cè)量人員做好標(biāo)記后，再由施工人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，進(jìn)而保障鉆孔位置、方向、傾斜角以及深度等參數(shù)的科學(xué)性。鉆孔后也要不斷進(jìn)行鉆進(jìn)方向、角度的矯正，避免出現(xiàn)施工誤差。未經(jīng)過(guò)上級(jí)部門批準(zhǔn)，不得擅自更改施工計(jì)劃。加強(qiáng)巷道支護(hù)工程的施工管理，并且要預(yù)備排水能力超過(guò)910工作面滲水量的排水泵。定期檢測(cè)巷道支護(hù)設(shè)備以及通風(fēng)情況。當(dāng)鉆孔內(nèi)水壓超過(guò)1.5MPa時(shí)，需要安裝防噴設(shè)備，預(yù)防積水從鉆孔內(nèi)噴出，影響工程的進(jìn)行。在鉆進(jìn)過(guò)程中，一旦出現(xiàn)土質(zhì)松軟、鉆孔返水、水量增長(zhǎng)等現(xiàn)象，需要立即停鉆；若孔內(nèi)壓較大，需要立即記錄深度，并向煤礦企業(yè)報(bào)告，尋找專人勘測(cè)實(shí)際情況，預(yù)防緊急事故的出現(xiàn)。

4 探放水效果

本期工程共進(jìn)行了90個(gè)探放水孔施工，經(jīng)實(shí)際觀測(cè)和后期檢驗(yàn)大部分為干孔，只有兩個(gè)頂孔放出近5000m3水（上覆410采空區(qū)積水），一個(gè)前探孔放出少許F1斷層裂隙水。應(yīng)用超前探放水技術(shù)能夠探查采空區(qū)及井下其他水源，觀測(cè)有無(wú)積水或有毒氣體存在，能夠保障巷道掘進(jìn)工程的有序開(kāi)展，降低安全事故的發(fā)生率。

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