掘進(jìn)巷道地質(zhì)探放水施工設(shè)計(jì)與安全措施

王海龍

（潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 047105）

煤礦地質(zhì)探放水是保證采掘工作面安全掘進(jìn)、避免礦井水害事故發(fā)生的有效途徑，但是實(shí)際礦井探放水施工時(shí)存在很多問題：（1）探水施工設(shè)計(jì)不合理。探水施工盲目性大，鉆孔布置不合理，造成探水施工后未能完全消除水害隱患；（2）鉆孔封孔質(zhì)量差。探水鉆孔施工后未能采取有效措施進(jìn)行封孔，造成放水時(shí)噴孔事故發(fā)生；（3）安全措施不到位。在探水施工期間未采取有效的安全施工措施，導(dǎo)致人員傷亡、機(jī)電設(shè)備損壞等事故發(fā)生。對(duì)此，司馬煤業(yè)公司地測(cè)科在1211運(yùn)巷掘進(jìn)期間采取了合理有效的探放水施工設(shè)計(jì)及安全措施。

1 工作面概述

潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司1202運(yùn)巷位于井田二采區(qū)北翼，巷道東部為1201工作面采空區(qū)，南部為采區(qū)大巷，西部、北部為實(shí)煤區(qū)。1202運(yùn)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1153m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.2×3.6m，巷道沿石炭系3#煤層底板平行掘進(jìn)，煤層平均厚度為6.9m。巷道直接頂以泥巖與粗粒砂巖混合巖層為主，平均厚度為4.2m，巖石裂隙發(fā)育；基本頂主要以細(xì)砂巖為主，平均厚度為11.2m，巷道已掘進(jìn)375m。

電法勘探成果顯示，在1202運(yùn)巷掘進(jìn)范圍內(nèi)頂板往上6.0～7.5m處共有4處富水區(qū)域，主要為頂板砂巖裂隙含水層水，分別位于巷道477m、676m、792m以及960m處，預(yù)計(jì)總積水量達(dá)2787m3，對(duì)巷道掘進(jìn)影響很大；同時(shí)受向斜構(gòu)造影響，1202運(yùn)巷及1201工作面采空區(qū)在854～991m處存在低洼處，預(yù)計(jì)1201采空區(qū)低洼處積水量達(dá)560m3，而1202運(yùn)巷與采空區(qū)預(yù)留保安煤柱厚度為20m，該采空區(qū)積水對(duì)巷幫維護(hù)及巷道掘進(jìn)產(chǎn)生一定影響。為了保證1202運(yùn)巷安全高效掘進(jìn)，避免透水事故發(fā)生，司馬煤業(yè)公司決定采取探放水措施。

2 1202運(yùn)巷探放水設(shè)計(jì)

2.1 鉆機(jī)及放水設(shè)備選取

1202運(yùn)巷采用一臺(tái)型號(hào)為ZDY4000S，功率為55kW的鉆機(jī)進(jìn)行探水鉆孔施工，鉆桿長(zhǎng)度為1.5m，直徑為62mm，并配套直徑為75mm的三翼鉆頭，擴(kuò)孔鉆頭直徑為150mm。長(zhǎng)度為6.0m，直徑為127mm無縫孔口管、法蘭盤以及注漿泵等。

2.2 探水鉆孔布置參數(shù)

（1）1202運(yùn)巷探水鉆孔設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為90m，鉆孔呈扇形布置，工作面迎頭共布置兩排探水鉆孔，每排五個(gè)探水孔，1#～5#鉆孔為頂孔，6#～10#鉆孔為周邊孔，頂孔主要探放頂板裂隙含水層水，周邊孔主要探放巷道周邊積水，巷道允許掘進(jìn)為70m，超前距為20m，巷道巷幫安全距為25m，如圖1所示。

圖1 司馬礦1202運(yùn)巷探水鉆孔布置示意圖

（2）工作面迎頭頂孔布置在距巷道頂板1.5m處，鉆孔與工作面呈6°仰角布置，鉆孔間距為1.0m；周邊孔與頂孔間距為1.0m，鉆孔垂直工作面布置，鉆孔間距為1.0m。各鉆孔參數(shù)如表1所示。

2.3 封孔長(zhǎng)度確定

由于受巷道開挖應(yīng)力以及探水鉆孔施工擾動(dòng)影響，鉆孔開口往里一定范圍內(nèi)孔壁巖體出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，從孔口往里依次形成應(yīng)力破壞區(qū)、應(yīng)力破壞減弱區(qū)以及應(yīng)力平衡區(qū)，所以鉆孔封孔終孔位置必須位于應(yīng)力平衡區(qū)內(nèi)，司馬礦通過“煤屑量”法確定鉆孔封孔長(zhǎng)度。

（1）探水鉆孔施工前，在工作面距頂板2.0m處施工三個(gè)試驗(yàn)鉆孔，鉆孔深度為15m，鉆孔直徑為75mm，每個(gè)鉆孔施工期間必須對(duì)鉆孔每米產(chǎn)生煤屑量進(jìn)行記錄。

（2）通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察記錄發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)鉆孔在0～3m范圍內(nèi)，每米鉆孔產(chǎn)生的煤屑量基本穩(wěn)定，平均為2.1kg/m；3～6m范圍內(nèi)平均產(chǎn)生的煤屑量逐漸降低，平均為1.6kg/m；在6～15m范圍內(nèi)每米鉆孔產(chǎn)生的煤屑量再次趨于穩(wěn)定，平均為1.2kg/m。

表1 1202運(yùn)巷探水鉆孔參數(shù)表

由此可以判定，1202運(yùn)巷鉆孔施工時(shí)，在0～3m范圍內(nèi)為應(yīng)力破壞區(qū)，3～6m范圍內(nèi)為應(yīng)力破壞減弱區(qū)，在6.0m以外為原巖應(yīng)力平衡區(qū)，所以為了減少封孔長(zhǎng)度，保證封孔效果，決定將1202 運(yùn)巷探水鉆孔封孔長(zhǎng)度確定為8.0m。

2.4 封孔工藝

（1）當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)8m時(shí)停止鉆進(jìn)，采用直徑為150mm鉆頭擴(kuò)孔，擴(kuò)孔深度為6.0m，擴(kuò)孔后及時(shí)清理孔內(nèi)浮煤，并安裝孔口管。

（2）在探水鉆孔上下各施工一個(gè)注漿孔，開口位置與探水鉆孔間距為0.5m，注漿孔直徑為30mm，注漿孔孔深為6.5m，注漿孔施工完后采用高壓注漿泵向孔內(nèi)注射聚氨酯粘劑，待煤壁出現(xiàn)漿液滲透時(shí)立即停止注漿并對(duì)鉆孔進(jìn)行封堵。

（3）在孔口管與孔壁之間間隙內(nèi)埋入注漿小管，并由里向外填充膨脹水泥，當(dāng)膨脹水泥填充至距探水鉆孔孔口0.5m處及時(shí)采用速干劑水泥進(jìn)行孔口封堵處理，如圖2所示。

（4）探水鉆孔孔口管固定2h后，對(duì)鉆孔內(nèi)注射高壓水進(jìn)行孔口耐壓試驗(yàn)，注水壓力不得低于2MPa，耐壓試驗(yàn)期間應(yīng)觀察孔口管穩(wěn)固情況以及滲水情況，耐壓試驗(yàn)持續(xù)1h，孔口管未出現(xiàn)松動(dòng)且無滲水現(xiàn)象時(shí)視為封孔合格。

圖2 1202運(yùn)巷探放鉆孔封孔工藝施工平面示意圖

3 探放水安全施工措施

（1）掘進(jìn)工作面在進(jìn)行鉆孔施工前應(yīng)對(duì)鉆場(chǎng)附近支護(hù)補(bǔ)打到位，對(duì)破碎頂板及巷幫應(yīng)采取支設(shè)木柱、架棚等方法進(jìn)行加固，并在鉆場(chǎng)附近安裝CH4、CO等有害氣體傳感器以及專用電話機(jī)。

（2）在施工巷道挖掘排水溝，排水溝規(guī)格為寬×深=0.3×0.3m，在巷道附近施工一個(gè)臨時(shí)水倉并安裝完善的排水設(shè)施，水倉容積及排水設(shè)施應(yīng)滿足巷道放水需求。

（3）探放水鉆孔施工時(shí)鉆孔深度、角度、間距、數(shù)量、位置等參數(shù)必須符合設(shè)計(jì)要求，鉆進(jìn)期間必須記錄巖、煤層厚度，每鉆進(jìn)10m及時(shí)丈量鉆孔深度，終孔前必須再次確認(rèn)鉆孔深度。

（4）鉆孔施工期間發(fā)現(xiàn)煤體松軟、頂鉆、水壓加大、滲水等現(xiàn)象時(shí)必須立即停止鉆進(jìn)，測(cè)量鉆孔深度，嚴(yán)禁拔出鉆桿，并立即匯報(bào)礦調(diào)度室采取有效措施。

（5）鉆孔過程中應(yīng)配備專職的瓦斯檢測(cè)供隨時(shí)對(duì)鉆場(chǎng)有害氣體檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)有害氣體噴出時(shí)必須立即停止鉆進(jìn)，立即撤出鉆場(chǎng)及其附近所有人員，并加強(qiáng)鉆場(chǎng)通風(fēng)。

（6）放水期間應(yīng)詳細(xì)記錄鉆孔終孔位置、放水量、水壓、放水時(shí)間等，發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)噴高壓水或者水壓過大時(shí)應(yīng)在孔口位置安裝防噴裝置。

（7）鉆孔放水完成后及時(shí)采用注水泥砂漿的方法對(duì)全孔進(jìn)行封堵，并做好封孔記錄，為了保證完全消除積水隱患，在積水區(qū)域附近施工三個(gè)放水驗(yàn)證孔，驗(yàn)證孔無流水時(shí)說明放水完全。

4 探放水效果分析

（1）1202運(yùn)巷掘進(jìn)期間對(duì)工作面布置扇形探水鉆孔進(jìn)行探放水后，工作面頂板共計(jì)放水量為2751m3，確定主要為頂板砂巖裂隙水，比預(yù)計(jì)放水量少36m3。主要是因?yàn)樗抉R礦回采煤層為石炭系3#煤層，煤層厚度為6.9m，煤層松散，煤層內(nèi)鉆孔長(zhǎng)度為40m(不包括封孔段），在放水過程中積水在煤層內(nèi)鉆孔段滲透現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致頂板實(shí)際放水量比預(yù)計(jì)放水量少。

（2）1201采空區(qū)側(cè)共計(jì)放水量為549m3，主要為1201采空區(qū)低洼處積水，比預(yù)計(jì)放水量少11m3。主要因?yàn)樵?201工作面回采時(shí)，在890m處布置一個(gè)臨時(shí)水倉，水倉深度為1.5m，水倉有效容積為15m3，在實(shí)際放水時(shí)廢棄水倉積水無法完全排放，導(dǎo)致1201采空區(qū)實(shí)際放水量比預(yù)計(jì)放水量少。

（3）1202運(yùn)巷探放水施工后，在掘進(jìn)過程中未出現(xiàn)大的涌水現(xiàn)象，僅在巷道790m處頂板出現(xiàn)局部淋水，但最大涌水量?jī)H為1.7m3/min，對(duì)巷道掘進(jìn)未構(gòu)成威脅，保證了巷道安全掘進(jìn)。

5 結(jié)束語

潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司地測(cè)科通過技術(shù)研究，對(duì)1202運(yùn)巷掘進(jìn)期間采取了合理有效的探放水設(shè)計(jì)及安全施工措施，基本消除巷道周邊積水隱患，提高了巷道掘進(jìn)效率，保證了巷道掘進(jìn)安全，為其他煤礦巷道掘進(jìn)探水施工提供了借鑒。