掘進巷道超前鉆探設計應用

司金文

（晉能控股煤業(yè)集團南河煤礦，山西 高平 048000）

晉能控股煤業(yè)集團南河煤礦15108運輸順槽位于井田一采區(qū)，巷道北部為井田邊界留設保安煤柱，南部為三條采區(qū)大巷，東部為井田邊界，西部為15106工作面采空區(qū)。

15108運輸順槽設計長度為1660 m，巷道設計斷面規(guī)格寬×高為4.5 m×3.2 m，巷道掘進煤層為15號層，平均厚度為3.15 m。巷道偽頂主要以泥巖為主，平均厚度為0.4 m；直接頂主要以灰?guī)r為主，平均厚度為2.5 m；基本頂主要以砂巖為主，平均厚度為11.2 m。15108運輸順槽采用綜合機械化掘進工藝，截至目前巷道已掘進400 m。

根據(jù)《礦井水文地質類型劃分報告》，我礦回采15號煤層，可導通至3號煤層采空區(qū)，通過報告分析得出礦井主要充水因素為大氣降水、3號煤層采空區(qū)積水、石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層。為了保證巷道掘進安全，巷道掘進前期決定采用探放水施工，但是通過前期探放水施工效果來看，巷道探放水施工后頂板仍會出現(xiàn)局部淋水現(xiàn)象，威脅著巷道安全掘進。

1 巷道掘進前期探放水施工主要存在的問題

1）設計人員設計不合理：設計人員在對巷道進行探放水設計時，未能結合巷道的實際地質構造進行設計，導致設計的鉆孔數(shù)量、深度及布置有誤差，均未能取得良好的效果，給后期的掘進帶來較大的安全隱患。

2）鉆孔封孔工藝不合格：15108運輸順槽掘進的煤層屬石炭系煤層，煤質較軟且不穩(wěn)定，給后期探放水的施工造成一定的影響。根據(jù)地質報告顯示，15108運輸順槽的孔口往里14 m內會形成原巖應力區(qū)、卸壓區(qū)、應力破壞區(qū)等，而前期巷道探放水的的封孔距離為9 m，封孔終孔位置位于應力破壞區(qū)內，會造成探放水孔內的水在水壓的作用下流入孔口管以里的煤體，并且封口時的膨脹水泥不能有效填堵深度裂隙，導致封孔質量差。

3）采取的措施不合理：施工人員在進行探放水時，只是采用臨時支護的方式在工作面頭部施工一排單體柱，使得煤壁受水壓及采動影響常常出現(xiàn)煤壁大面積垮落，造成頂板事故。

2 探放水設計優(yōu)化

2.1 鉆探設備選擇

15108運輸順槽采用ZY-750D型液壓鉆機進行探水鉆孔施工，配套長度為1.5 m，直徑為63 mm中空鉆桿，直徑為75 mm導向鉆頭和直徑為130 mm的擴孔鉆頭，鉆機參數(shù)如表1所示。

表1 ZY-750D煤礦用全液壓鉆機及配套設備主要技術參數(shù)

2.2 鉆孔布置

1）由于15108運輸順槽采用底板平行掘進方式，工作面鉆孔以扇形的方式進行施工。施工人員為了確保巷道兩側的水不會對施工造成影響，在工作面上、下兩排分別施工兩排探放水孔，這樣能夠對巷道頂板及四周的積水進行探放。

2）每排布置三個探水鉆孔，下排為迎頭探水孔（1號-3號），上排為頂板探水孔（4號-6號）。每個鉆孔深度為100 m，直徑為75 mm，孔間距為1.0 m，排距為0.5 m。其中頂板探水孔仰角為12°，如圖1所示。探水鉆孔施工后巷道每掘進70 m進行一次探水鉆孔施工，超前距為30 m。

圖1 15108運輸順槽探水鉆孔平、剖面示意圖（mm）

2.3 鉆孔封孔工藝優(yōu)化

為了解決傳統(tǒng)膨脹水泥封孔時出現(xiàn)的封孔牢固性差、放水時孔口管出現(xiàn)竄動等技術難題，決定采用兩堵一注封孔工藝。

1）為了保證封孔質量，優(yōu)化后封孔長度確定為12 m，采用導向鉆頭進行封孔段施工，施工長度為14 m，施工到位后更換為擴孔鉆頭進行擴孔施工，擴孔深度為14 m，擴孔后孔徑為130 mm。

2）擴孔完成后首先在擴孔段安裝孔口管，長度為12 m，然后在孔底及孔口處分別安裝一個PKN型封孔器，使得孔口管與孔壁之間形成一個環(huán)形封堵空間，如圖2所示。

圖2 15108運輸順槽探水鉆孔封孔示意圖（mm）

3）采用注漿泵向環(huán)形封堵空間內高壓注入XZFKL-I型化學注材料，注漿壓力為1.5 MPa，注漿3 h后對封孔段進行注水耐壓試驗，注水壓力為2.0 MPa，耐壓試驗合格后鉆孔方可繼續(xù)施工。

3 安全技術措施

3.1 鉆場煤壁支護措施

為了避免在探放水期間頂板發(fā)生垮落影響施工人員的安全，施工人員采用玻璃鋼帶及錨桿對煤壁進行支護。

1）施工人員在每個鉆孔的四周成“井”字型安裝四根柔性玻璃鋼帶，其中橫向安裝的兩根鋼帶的長度、寬度分別為2.5 m×0.15 m，且安裝3根錨桿，縱向安裝的兩根鋼帶的長度、寬度設計為1.5 m×0.15 m，且安裝2根錨桿，錨桿的間距控制在1 m，如圖3所示。

圖3 15108運輸順槽鉆場煤壁支護平面示意圖（mm）

2）在鉆孔周圍的頂板處施工8個深度為3 m的超前支護鉆孔，鉆孔之間的距離為0.5 m，待全部鉆孔施工完畢后，施工人員依次向鉆孔內安裝長度為3.5 m的玻璃鋼錨桿，并填充錨固劑進行錨固。

3）當頂板及煤壁支護完畢后，施工人員在煤壁前半米的位置施工一排單體柱，同時還需挖掘一處儲水池。

3.2 其他安全技術措施

1）鉆機與液壓泵進行連通時，要關閉鉆機控制閥及液壓泵上的截止閥，鉆機安裝前要對周圍浮煤進行清理。

2）施工人員在進行鉆孔作業(yè)時，要把控好鉆機的角度及壓力，時刻專注鉆機壓力、鉆孔回水量，發(fā)現(xiàn)鉆機異?；虺鏊坎环€(wěn)定時及時停機。

3）在施工作業(yè)時鉆機出現(xiàn)卡頓、鉆桿出現(xiàn)彎曲時，施工人員要及時將鉆機的離合器松開，對鉆頭進行觀察，發(fā)現(xiàn)鉆孔有磨損或崩片的情況及時更換鉆頭。

4）在探放水作業(yè)時還需安排有經(jīng)驗的瓦斯監(jiān)測人員時刻對鉆孔的瓦斯進行監(jiān)測，同時工作人員還需配備便攜式瓦檢儀。

5）在掘進時要根據(jù)巷道的實際地質構造調整鉆孔的布置，在保證安全探放水的同時對巷道所有的范圍進行全方位探放水。

6）如鉆孔內出現(xiàn)流水的情況時，工作人員要對該鉆孔進行放水實驗，同時對放水的壓力、流量、水質進行檢查。

7）施工作業(yè)前要對孔口管進行全面檢查，確保各配件的完好性，防止水壓過大影響后期作業(yè)，同時在水壓較大的放水孔安裝兩套安全閘門。

8）在進行探放水前，施工人員要熟知巷道的避災路線，同時在巷道周圍挖掘一處水倉并留放備用水泵。

4 結語

截至2019年6月15108運輸順槽已掘進到位，通過對巷道探放水施工設計進行優(yōu)化后，巷道在后期掘進中共計施工48個探放水鉆孔，其中19個為濕孔，29個為干孔，給放水量為3217 m3，經(jīng)驗證上覆3號采空區(qū)積水已充分探放，巷道在后期掘進中頂板未出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，基本消除了3號采空區(qū)技術水患影響，保證了巷道后期安全快速掘進，在應用效果上取得了顯著成效。

（編輯：武倩倩）