某煤礦井下探放水的現(xiàn)場施工及措施分析

姜 勝

（同煤集團永定莊煤業(yè)公司， 山西 大同 037024）

引言

大量實踐經(jīng)驗表明，煤礦井下巷道掘進過程中，巷道頂部采空區(qū)積水或者圍巖積水導(dǎo)致的巷道頂板漏水問題，是引發(fā)各類煤礦安全事故的重要原因之一[1]。對于這類問題，通常都是采用探放水施工技術(shù)對其進行處理，通過這樣的措施將采空區(qū)內(nèi)或者圍巖內(nèi)部的積水提前排走，從根本上解決巷道頂板漏水現(xiàn)象[2-3]。但是煤礦井下施工環(huán)境復(fù)雜，探放水施工過程中也容易出現(xiàn)各類施工問題，進而威脅井下安全[4-5]?；诖?，應(yīng)針對探放水施工過程中的相關(guān)技術(shù)和工藝進行深入分析和研究。在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，提升探放水施工技術(shù)水平，確保施工安全[6]。

1 探放水施工工程總體情況

某煤礦企業(yè)的1536運輸巷道處在整個采區(qū)的南邊，該巷道沿著5號煤層底板進行掘進。巷道的橫斷面形狀為矩形，總長度為1 711 m，寬度和高度分別為5.2 m和3.6 m。運輸巷道所在的煤層以石炭系煤層為主，煤層的厚度范圍為5.37～7.89 m，平均厚度大小為6.83 m。煤層工作面附近區(qū)域沒有出現(xiàn)明顯的斷層以及其他不良情況，地質(zhì)情況整體比較簡單、良好。1536運輸巷道直接頂圍巖屬于炭質(zhì)泥巖，圍巖的厚度范圍在2.35～3.56 m，平均厚度為2.98 m。煤礦開采過程導(dǎo)致圍巖壓力發(fā)生變化，使得運輸巷道頂板圍巖存在斷裂、破碎等問題?；卷攲儆谏百|(zhì)泥巖，厚度范圍為5.32～6.35 m，平均厚度為5.96 m。底板屬于粗砂巖，厚度范圍為15.05～17.63 m，平均厚度為16.56 m。距離該運輸巷道頂板10 m左右就是空采區(qū)，且空采區(qū)有積水。直接導(dǎo)致巷道掘進時頂板漏水，對整個施工過程的安全構(gòu)成了嚴重威脅?；诖?，為保障運輸巷道的掘進過程安全，在掘進過程中有必要通過科學(xué)的手段進行探放水施工處理。

2 煤礦井下運輸巷道探放水施工方案設(shè)計

2.1 探放水施工方案設(shè)計和設(shè)備選用

巷道掘進過程中如果存在漏水問題就會對整個巷道安全構(gòu)成威脅，引發(fā)各種水害事故。針對上文所述的實際情況，設(shè)計研究了探放水施工方案。通過CMSI-8000/90型煤礦用深孔鉆車進行鉆孔施工。其中，鉆探施工中用到的鉆頭直徑為42 mm，鉆孔施工過程中用到的鉆桿直徑為65 mm，鉆孔深度設(shè)置為70 m。

2.2 探放水方案中的鉆孔位置分布

為了盡可能保證運輸巷道在掘進過程中的探放水效果，在工作面迎頭區(qū)域總共設(shè)置了7個探放水鉆孔。為了方便描述，將7個鉆孔分別編號為K1—K7。所有鉆孔深度全部設(shè)置為70 m，鉆孔整體上呈現(xiàn)出扇形的分布特征。如圖1所示為7個鉆孔在工作面迎頭區(qū)域的分布圖。

圖1 探放水鉆孔的位置分布情況

K1—K4的作用主要是對頂板漏水問題進行控制，在距離頂板1 500 mm的區(qū)域進行鉆孔，不同鉆孔之間的距離設(shè)置為800 mm。所有鉆孔的仰角全部設(shè)置為12°，水平角各有不同，其中K1、K2鉆孔水平角均為0°，K3和K4鉆孔水平角分別為-13°度和13°。K5—K7的作用是對工作面迎頭的漏水問題進行控制，在距離頂板2 000 mm的區(qū)域進行鉆孔，不同鉆孔之間的距離設(shè)置為800 mm。K5—K7鉆孔的仰角全部設(shè)置為0°，水平角分別設(shè)置為-8°、0°和8°。如表1所示為運輸巷道探放水鉆孔的位置和角度情況。

根據(jù)上述的運輸巷道探放水施工方案，為了保障巷道掘進過程的安全，探放水鉆孔超前保護距離、巷道允許掘進距離以及幫距分別設(shè)置為40 m、30 m和16 m，如圖1-2所示為運輸巷道探放水施工方案的斷面示意圖。

表1 運輸巷道探放水方案中鉆孔位置和角度情況

3 煤礦井下運輸巷道探放水施工及安全措施

1）根據(jù)探放水施工方案，正式進行施工前需要對鉆孔附近巷道頂板支護情況進行詳細檢查。在與工作面迎頭距離2 000 mm的區(qū)域設(shè)置一排木樁，木樁之間的距離設(shè)置為500 mm，要求木樁牢牢頂住巷道頂板和底板，確保牢靠。然后在木樁上設(shè)置擋板。目的在于防止鉆孔施工過程中發(fā)生突水，對相關(guān)機械設(shè)備造成損壞。此外，在與工作面迎頭距離40～50m的區(qū)域設(shè)計臨時水槽，并且為之配備排水設(shè)施。結(jié)合實際情況采取合適的方法將臨時水槽的水排至附近采區(qū)水倉。

2）在安裝鉆機前要對附近支護安全情況進行檢查。根據(jù)相關(guān)要求科學(xué)合理地安裝鉆機，確保鉆機自身的牢靠性。鉆機的送電和停電過程必須嚴格按照規(guī)章制度執(zhí)行。為保障鉆孔施工過程中的安全，需要在孔口部位安裝相關(guān)的安全設(shè)施和裝置，具體而言包括鉆桿逆止閥、孔口管等。鉆孔過程中如果發(fā)現(xiàn)存在問題，比如水壓突然增大，發(fā)現(xiàn)附近煤壁存在片幫、松軟等問題，必須馬上停止施工，且不得將鉆桿拔出。解決相關(guān)問題后才能夠繼續(xù)施工。如果是水壓突然變大，可以通過反壓鉆進方法進行鉆孔施工，且在鉆機中增加設(shè)置防噴設(shè)施。

3）探放水施工過程中，方案的設(shè)計人員必須到施工現(xiàn)場指導(dǎo)鉆孔，明確鉆孔的數(shù)量、角度、深度以及具體位置。在充分分析水文地質(zhì)調(diào)查資料的基礎(chǔ)上計算得到積水區(qū)水壓的大小。

4）鉆孔過程中需要對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行準確記錄。需要記錄的數(shù)據(jù)包括煤層的厚度以及鉆孔的深度等。每鉆進10 m或需要對鉆具進行更換時就進行一次測量，特殊情況下還需要實施孔斜測量。安排專門的瓦斯監(jiān)測人員實時監(jiān)測瓦斯?jié)舛?。如果發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛扔屑眲≡龃蟮内厔?，必須立即停止施工。且所有施工人員馬上撤離到上風(fēng)口位置，在采取相關(guān)措施降低瓦斯?jié)舛群蟛拍軌蚶^續(xù)施工，否則不得繼續(xù)鉆孔施工。鉆探時如果已經(jīng)探到水，則需要馬上對水壓、水質(zhì)以及水量進行檢測，并且及時將水排走，避免對鉆孔施工過程造成不利影響。需要注意的是，鉆孔設(shè)計時還需要參考巷道的排水能力。

5）針對運輸巷道探放水施工過程編制專門的應(yīng)急預(yù)案，明確施工過程中如果突發(fā)安全問題時對應(yīng)的應(yīng)急措施。

4 運輸巷道探放水施工效果分析

4.1 探放水總水量統(tǒng)計

如圖2所示為探放水總水量隨時間的變化曲線。從圖中可以看出，該運輸巷道工作面經(jīng)過探放水鉆孔施工后，探放水總水量達到了12萬m3左右。從圖中可以看出，探放水剛開始階段，由于鉆孔數(shù)量相對較少并且存在鉆孔被堵塞的情況，所以總體探放水排水量變化不是非常明顯。隨著鉆孔數(shù)量的不斷增多以及鉆孔堵塞問題的解決，每日排水量出現(xiàn)了快速增多的趨勢。經(jīng)過近1個月的排水，運輸巷道頂板上部區(qū)域采空區(qū)積水已基本排除完畢，總排水量基本不發(fā)生變化。

圖2 探放水總水量隨時間的變化曲線

4.2 鉆孔水壓效果評價

以K6探放水鉆孔為例，統(tǒng)計分析了該鉆孔水壓隨時間的變化情況，結(jié)果見下頁圖3。從圖中可以看出，K6探放水鉆孔剛開始時的水壓為1.6 MPa左右，經(jīng)過一段時間的探放水，水壓最終降低到了1.36 MPa左右。雖然中間探放水過程中水壓出現(xiàn)了一定程度的波動，但是總體的變化趨勢是逐漸降低的。監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)K6鉆孔水壓最大值達到了1.65 MPa，分析認為導(dǎo)致這種情況的原因主要為：測量誤差的影響；其他鉆孔出現(xiàn)堵塞導(dǎo)致K6鉆孔水壓出現(xiàn)局部升高；運輸巷道頂板上部采空區(qū)積水水壓自身不穩(wěn)定等。在后續(xù)的多次檢測過程中均發(fā)現(xiàn)K6鉆孔的水壓都保持在1.36 MPa左右。也就是說經(jīng)過一段時間的探放水，運輸巷道頂板采空區(qū)的水壓能夠保持穩(wěn)定，這對運輸航道的掘進過程安全提供了堅實的保障。

圖3 K6探放水鉆孔水壓隨時間的變化情況