巷道仰斜探水鉆孔封孔技術應用

郭旭榮

（晉能控股煤業(yè)集團裕興煤礦，山西 高平 048400）

煤礦采掘工作面在探放頂板采空區(qū)積水、老空水、構造裂隙水等水害隱患時，需施工仰斜鉆孔。傳統(tǒng)仰斜探水鉆孔主要采用水泥砂漿進行封孔，受封孔工藝、專業(yè)人員技術水平以及頂板巖性影響，封孔工藝存在封孔長度不足、封孔工藝落后、封孔后在放水時水壓控制難度大等問題，本文以裕興煤礦15206回風順槽掘進期間探放水施工為例，對頂板仰斜鉆孔封孔施工主要存在的問題進行合理分析，并根據(jù)實際生產(chǎn)采取有效技術措施[1-5]。

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團裕興煤礦15206回風順槽位于井田二采區(qū)，巷道西部為井田邊界，東部為北翼大巷，北部為15206工作面，南部為15204工作面。15206回風順槽設計長度為1770 m，巷道沿煤層頂板掘進，支護形式為錨網(wǎng)支護，掘進凈寬度為5 m，高3.5 m，斷面面積為17.5 m2。

根據(jù)15212運輸順槽附近二采區(qū)北翼大巷、15212回風順槽揭露情況和相鄰礦井調(diào)查情況分析，該區(qū)域頂板富水性較弱，可能造成頂板淋水，但水量不大，不影響安全生產(chǎn)。該煤層上部有3#煤采空區(qū)，該煤層與3#煤層相距100 m以上，掘進期間上覆3#煤采空區(qū)積水不影響工作面正常掘進。根據(jù)野外實地調(diào)查，3#、15#煤層開采后地面出現(xiàn)裂縫或塌陷坑，因此大氣降水通過裂縫或塌陷坑進入15#煤上覆K2含水層，充當上覆含水層的補給水源，對巷道影響較大。巷道掘進前期頂板涌水量為12～15 m3/h。

2 掘進前期防治水措施及問題分析

2.1 掘進前期防治水措施

（1）15206回風順槽采用綜合機械化掘進工藝，截至目前巷道已掘進570 m。巷道掘進前期主要對巷道迎頭施工鉆孔對上覆采空區(qū)積水進行探放，工作面每掘進100 m施工一排探水鉆孔，鉆孔布置在工作面迎頭煤壁上，每排4個，鉆孔距頂板1.5 m，鉆孔間距為1.0 m。

（2）鉆孔深度為100 m，鉆孔仰角為10°，鉆孔直徑為75 mm。鉆孔施工結束后對鉆孔孔口處安裝孔口管，每節(jié)孔口管長度為3.5 m，共計安裝3節(jié)?？卓诠馨惭b后采用水泥砂漿對孔口管進行封孔處理，封孔長度為10 m。

2.2 問題分析

15206回風順槽在前期探放水施工后，巷道在掘進過程中頂板仍然出現(xiàn)局部淋水現(xiàn)象，頂板淋水量達4.5 m3/h，未消除上覆采空區(qū)水害隱患。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，巷道前期探放水施工主要存在以下問題：

（1）封孔長度不足。15206回風順槽掘進煤層直接頂主要以泥巖為主，平均厚度為7.4 m。該巖體穩(wěn)定性差，巖體裂隙發(fā)育，在進行仰斜鉆孔施工時通過窺視儀觀察發(fā)現(xiàn)，鉆孔在過直接頂12 m范圍內(nèi)孔壁破碎嚴重，而15206運輸順槽前期掘進期間探放水鉆孔封孔長度為10 m，未完全對破碎區(qū)進行封孔，導致在放水施工時鉆孔壁滲水嚴重，甚至在水壓作用下導致孔口管突出現(xiàn)象。

（2）封孔工藝落后。15206回風順槽前期掘進過程中施工的探放水鉆孔主要采用水泥砂漿進行封孔處理。水泥砂漿具有成本低、取材方便等優(yōu)點，但是水泥砂漿在細小裂隙帶內(nèi)滲透能力差，滲透速度慢，粘接效果差，采用水泥砂漿封孔后，孔口管與孔壁之間穩(wěn)固性差，當水壓較大時，在放水過程中很容易造成孔口管竄動現(xiàn)象，卸壓效果差。通過前期探放水施工發(fā)現(xiàn)，15206回風順槽上覆采空區(qū)積水水壓達1.2 MPa，而前期放水過程中孔口處未安裝任何卸壓裝置，導致放水時在水壓沖擊作用下嚴重損壞了放水設備，無法控制放水水壓，威脅著放水施工安全。

3 封孔技術優(yōu)化改進

3.1 鉆孔封孔長度優(yōu)化改進

為了合理確定鉆孔封孔長度，保證鉆孔封孔質(zhì)量，決定采用煤屑量法確定封孔長度。首先在工作面煤壁施工兩個校驗鉆孔，鉆孔直徑、仰角以及位置與放水鉆孔相同，鉆孔在施工過程中記錄每米鉆孔施工產(chǎn)生的煤屑量，然后根據(jù)每米產(chǎn)生的煤屑量判斷孔壁巖體穩(wěn)定情況。通過現(xiàn)場鉆孔試驗發(fā)現(xiàn)，15206回風順槽校驗鉆孔在前8 m范圍內(nèi)，每米鉆孔平均產(chǎn)生的煤屑量為3.4 kg；在8～14 m范圍每米鉆孔產(chǎn)生的煤屑量呈遞減趨勢，平均為2.6 kg；在14～30 m范圍內(nèi)每米鉆孔產(chǎn)生的煤屑量趨于穩(wěn)定，平均煤屑量為1.8 kg。由此可見，在0～8 m范圍內(nèi)鉆孔處于圍巖高應力區(qū)，在8～14 m段鉆孔處于應力減弱區(qū)，在14 m后鉆孔處于圍巖穩(wěn)定區(qū)，所以確定鉆孔封孔長度為14 m。

3.2 封孔工藝優(yōu)化

（1）15206回風順槽掘進至500 m處時開始對探水鉆孔封孔工藝進行合理優(yōu)化，鉆孔布置參數(shù)不變，鉆孔施工至14 m后停止鉆進，并及時清理鉆孔內(nèi)煤屑，然后更換擴孔鉆頭進行鉆孔擴孔施工，擴孔后鉆孔直徑為130 mm。

（2）鉆孔擴孔施工到位后，對擴孔段安裝孔口管，共計安裝5節(jié)，每節(jié)長度為3.0 m，直徑為108 mm，相鄰兩節(jié)孔口管采用絲扣連接，絲扣連接長度不得低于0.1 m。

（3）孔口管安裝后在封孔器安裝前，對孔底處填裝膨脹水泥，填充長度為0.8m?？椎着蛎浰嗵钛b后在距孔口、底0.8 m處分別安裝一個PKN型封孔器，使鉆孔中部形成一個環(huán)形封堵空間，并在封堵空間內(nèi)埋入一根直徑為20 mm注漿軟管，注漿軟管另一端與2ZBQ型注漿泵連接，同時在孔口封孔器與孔口之間同樣采用膨脹水泥填充。優(yōu)化后15206回風順槽探水鉆孔封孔工藝示意圖如圖1。

圖1 優(yōu)化后15206回風順槽探水鉆孔封孔工藝示意圖

（4）所有準備工序完成后，對孔口管與鉆孔壁之間高壓注入聚氨酯化學材料，注漿壓力1.5 MPa，注漿時間20 min，凝固時間2 h。注漿完成后對封孔段進行注水耐壓試驗，注水壓力為3.0 MPa，注水耐壓試驗時間不得低于30 min，試驗合格后鉆孔方可繼續(xù)鉆進。

3.3 安裝卸壓裝置

為了防止放水過程中水壓對孔口設備產(chǎn)生沖擊破壞作用，決定在孔口管外露端安裝一套卸壓裝置。

（1）卸壓裝置結構。卸壓裝置主要安裝在孔口管外露端。卸壓裝置主要由電動控制閥、壓力表、法蘭盤、固定卡纜、集中控制器、控制開關、放水管等組成，如圖2。

圖2 15206回風順槽卸壓裝置結構示意圖

（2）裝置卸壓原理。在探放水施工過程中當放水水壓大于1.2 MPa時，壓力表內(nèi)的壓力傳感器及時將壓力數(shù)據(jù)上傳至集中控制器；控制器接收數(shù)據(jù)信號并及時進行處理分析，并對控制開關下發(fā)“開啟”指令；開關接收指令后及時對電動控制閥供電，控制閥通電后進行卸壓放水。當水壓低于0.7 MPa后通過控制器控制作用，電動控制閥斷電，停止卸壓放水，從而實現(xiàn)放水卸壓的目的。

4 結 語

截至2020年7月24日，15206回風順槽已掘進到位，巷道在后期掘進過程中通過對探水鉆孔封孔技術進行優(yōu)化后，大大提高了后期鉆孔放水效果。通過現(xiàn)場觀察分析發(fā)現(xiàn)，巷道在后期掘進過程中共計放水量為4578 m3，基本消除上覆采空區(qū)水害隱患，后期放水過程未出現(xiàn)孔口管竄動、涌水等現(xiàn)象，保證了探放水施工安全。