煤礦超前探放水施工技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

栗 煒

（大同煤礦集團(tuán)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037000）

同煤集團(tuán)云岡礦51041 掘進(jìn)工作面與上覆3 號(hào)煤層采空區(qū)相距114.21 m，與上覆8 號(hào)煤層破壞區(qū)相距58.60 m，同層的12 號(hào)煤層存在小窯破壞區(qū)。在掘進(jìn)時(shí)，給工作面配一臺(tái)45 kW 水泵，并鋪設(shè)DN100 排水管路，用于排水。在掘進(jìn)期間，按照“有掘必探”的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。

1 水文地質(zhì)概況

同煤集團(tuán)云岡礦51041 掘進(jìn)工作面與21017 掘進(jìn)工作面巷道貫通，由于21017 掘進(jìn)工作面巷道內(nèi)有積水，要實(shí)現(xiàn)巷道貫通，須先將積水全部排出。掘進(jìn)到330 m 時(shí)，工作面巷幫出現(xiàn)了滲水，滲水量達(dá)到1.5 m3/h，主要是采空區(qū)積水，積水量約為2200 m3，水壓0.68 MPa 左右；掘進(jìn)到850 m 時(shí)，工作面巷道頂板出現(xiàn)淋水，隨巷道掘進(jìn)淋水加重；掘進(jìn)到1000 m 時(shí)，淋水量達(dá)1.7 m3/h。根據(jù)地質(zhì)勘探資料，淋水主要是上覆基巖裂隙含水，采用大井法計(jì)算出含水量約2500 m3，水壓0.57 MPa 左右，嚴(yán)重影響巷道掘進(jìn)[2]。因此，為了確保巷道掘進(jìn)過程安全，須對(duì)51041 工作面進(jìn)行超前探放水。

2 超前探放水設(shè)計(jì)方案

51041 掘進(jìn)工作面受上覆采空區(qū)積水影響，需要留設(shè)防水煤柱，采用沿空留巷技術(shù)不僅提高了煤炭資源的回收率，而且緩解了采掘接替緊張的局面，但造成探放水工作難以進(jìn)行。因此，要采取有效的沿空留巷探放水技術(shù)，為掘進(jìn)工作面的安全掘進(jìn)提供保障。

2.1 鉆孔參數(shù)

為了防止積水匯入51041 掘進(jìn)工作面，采用邊探邊掘的方法[3]，在超前掘進(jìn)巷道的輔順三段和輔順五段進(jìn)行探放水。為了便于施工鉆孔和排出積水，將排水硐室設(shè)在排水的最低點(diǎn)，將探放水孔設(shè)在硐室內(nèi)的煤壁處，注意開孔位置盡量低，距離巷道底板1～2 m 即可。

為了確保巷道幫體的完整性，防止出現(xiàn)塌孔，在輔順三段煤壁完整處共施工3 個(gè)探放水孔，一般探放水孔的間距大于1 m。鉆孔的具體施工參數(shù)見表1。

表1 鉆孔施工參數(shù)表

2.2 鉆進(jìn)技術(shù)

對(duì)探放水孔進(jìn)行超前鉆孔時(shí)，為了確保施工的安全，止水承壓套管的管長(zhǎng)度要大于10 m，為了防止積水滲透到煤壁上，將探放孔管下入孔內(nèi)10 m。

采用長(zhǎng)距離鉆孔對(duì)采空區(qū)積水施工探放水孔。為了確保鉆孔施工的精度，滿足施工要求，在打鉆時(shí)，采用氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)MK-5 進(jìn)行鉆孔，開孔位置最好與巷道底板相距1.2 m 以上，每掘進(jìn)20 m，循環(huán)鉆探50 m，待一組鉆孔施工完畢后，再繼續(xù)向前掘進(jìn)。超前距小于30 m，采用直徑為56 mm 的鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)11 m 時(shí)，停止鉆進(jìn)，使用直徑為133 mm 的鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔深度為8 m。擴(kuò)孔后及時(shí)清理浮煤，并安裝孔口管?？卓诠艿陌惭b布置如圖1，其中一端與排水管路相連。為了控制探放水量，在管路上安裝雙閥門，另一端與鉆機(jī)相連進(jìn)行鉆孔。為了防止水壓過大對(duì)人員造成的傷害，同時(shí)減少水量的泄漏，防止淹沒鉆機(jī)，在鉆孔口上安裝防水擋板。

圖2 孔口管安裝布置圖

2.3 封孔工藝

51041 掘進(jìn)工作面在進(jìn)行超前探放水封孔作業(yè)時(shí)，使用聚氨酯封孔工藝[4]，單孔的封孔長(zhǎng)度大于11 m。在擴(kuò)孔作業(yè)結(jié)束后，在鉆孔內(nèi)安裝3 根Φ108 mm 的孔口管，每根孔口管的長(zhǎng)度為3000 mm，每?jī)筛卓诠苤g用絲扣連接，在煤壁和底管之間充填水泥進(jìn)行封堵，長(zhǎng)度500 mm。在封堵完成后，注入注漿小管，注漿作業(yè)的壓力是1.2 MPa，在距離孔口500 mm 時(shí)，停止注漿作業(yè)，使用水泥進(jìn)行封堵。在封孔完成后，進(jìn)行耐壓測(cè)試，采用高壓水槍進(jìn)行注水，注水壓力是2 MPa，注水時(shí)間是5 min。如果在注水時(shí)孔口沒有滲水，則封孔合格，同時(shí)在孔口處安裝壓力表和壓力閥門。具體的封孔示意圖如圖2。

圖2 超前探放水鉆孔封孔施工示意圖

3 超前探放水效果分析

由于施工點(diǎn)的排水距離較長(zhǎng)，排水高差較大，為了增大鉆孔的排水量，提高排水的效率，采用立泵串聯(lián)的方式進(jìn)行排水。在工作面掘進(jìn)期間，在巷道頂板共設(shè)計(jì)超前探放水鉆孔45 個(gè)，在掘進(jìn)到330～450 m 時(shí)，巷道頂板的探放水有4 個(gè)鉆孔出現(xiàn)滲水，水壓0.78 MPa，鉆孔共排水2600 m3；在掘進(jìn)到850～1000 m 時(shí)，巷道頂板的探放水有6 個(gè)鉆孔出現(xiàn)淋水，水壓0.55 MPa，鉆孔共排水2800 m3。在巷道兩幫共設(shè)計(jì)探放水鉆孔47 個(gè)，在掘進(jìn)到610～890 m 時(shí)，巷道兩幫的探放水有12 個(gè)鉆孔出現(xiàn)滲水，鉆孔共排水1810 m3，其余的鉆孔都沒有出現(xiàn)滲水和淋水。排水量與預(yù)計(jì)的積水和裂隙水量基本相同，可以判定水源是來自采空區(qū)積水和裂隙含水。

通過對(duì)51041 掘進(jìn)工作面巷道頂板和兩幫的積水進(jìn)行探放，消除了巷道周邊的水災(zāi)隱患，巷道掘進(jìn)期間，未出現(xiàn)頂板淋水和兩幫滲水等現(xiàn)象。通過超前探放水，巷道掘進(jìn)速率從4.1 m/d提高到8.6 m/d，提升了礦井的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

（1）確定鉆孔參數(shù)，分析鉆進(jìn)技術(shù)和封孔工藝，對(duì)鉆探效果進(jìn)行分析。鉆探結(jié)果顯示，排水量與預(yù)計(jì)的積水和裂隙水量基本相同，可以判定水源是來自采空區(qū)積水和裂隙含水。

（2）通過超前探放水，在巷道掘進(jìn)期間，沒有出現(xiàn)頂板淋水和兩幫滲水等現(xiàn)象，巷道掘進(jìn)速率從4.1 m/d 提高到8.6 m/d，提升了礦井的經(jīng)濟(jì)效益。