梅花井煤礦232205工作面運(yùn)輸巷探放水技術(shù)

孟永華 李立波 史春 黃輝 黃海鵬

摘 要：為提高掘進(jìn)巷道安全保障能力，以232205工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)為研究對象，針對頂板含水層涌水給巷道掘進(jìn)帶來的影響，提出布置超前探放水鉆孔對含水層進(jìn)行疏排。依據(jù)巷道掘進(jìn)實(shí)際情況，對超前探放水鉆孔設(shè)計(jì)、施工及探放水情況進(jìn)行分析?，F(xiàn)場應(yīng)用后，232205工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間僅有局部位置出現(xiàn)頂板淋水，淋水量控制在0.3 m3/h以內(nèi)，其余位置均未出現(xiàn)淋水情況;通過超前探放水，為巷道掘進(jìn)及圍巖支護(hù)創(chuàng)造了良好條件。

關(guān)鍵詞：巷道;含水層;疏排水;探放水鉆孔

中圖分類號：TD353文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）14-0071-03

Abstract： In order to improve the safety guarantee ability of tunneling roadway， taking the tunneling of 232205 working face as the research object， in view of the influence of water gushing from the roof aquifer on the tunneling， an advanced exploration and drainage borehole was proposed to drain the aquifer. According to the actual situation of roadway excavation， the design， construction and water exploration and drainage of advanced drilling holes are analyzed. After field application， during the driving of transportation roadway on 232205 working face， only partial roof water drenching occurred， and the water amount was controlled within 0.3m3/h， and no water drenching occurred at other positions. It creates good conditions for roadway excavation and surrounding rock support through advance exploration and drainage.

Keywords： tunnel;aquifer;hydrophobic drainage;drilling hole for water exploration and drainage

1 工程概況

232205工作面為23采區(qū)2及2-2煤第三個(gè)回采工作面。232205工作面運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)沿45°40′方位掘進(jìn)，巷道設(shè)計(jì)走向長2 667 m。掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)區(qū)2及2-2煤厚約4.56 m。煤層頂板以粉砂巖為主，底板巖性以細(xì)砂巖為主。運(yùn)輸巷采用綜掘方式掘進(jìn)，斷面為直墻半圓拱形，掘進(jìn)面積為21.33 m2，凈斷面積為19.79 m2。

2 巷道掘進(jìn)區(qū)域水文條件及水害分析

2.1 涌水水源

巷道掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)涌水水源有地表水、頂?shù)装搴畬觾煞N[1-2]。

工作面埋深約650 m，對應(yīng)的地表水主要受大氣降水影響，現(xiàn)階段地表水對232205工作面運(yùn)輸巷基本無影響。

232205工作面運(yùn)輸巷頂板含水層為直羅組粗砂巖含水層，巖性主要為中、粗粒砂巖位置夾少量的粉砂巖和泥巖;底部為含礫石英長石粗砂巖，松散～較松散，弱膠結(jié)，含水層涌水量為1.09 L/s，滲透系數(shù)K=0.13 m/d。工作面沿掘進(jìn)方向距頂板含水層層間距為0.00～7.36 m，含水層厚度為18.84～50.32 m。

2及2-2煤厚上覆有粉砂巖直接頂做隔水層，但局部原生裂隙、掘進(jìn)次生裂隙、掘進(jìn)中錨桿錨索支護(hù)會導(dǎo)致老頂粗砂巖含水層的水導(dǎo)入巷道，造成突水。另外，直接頂泥質(zhì)粉砂巖遇水泥化～崩解，會造成頂板掉包、漏頂、冒頂，嚴(yán)重影響巷道安全掘進(jìn)。

2.2 水害分析

巷道在掘進(jìn)過程中距粗砂巖含水層基本小于5 m，且大部分范圍內(nèi)直接頂為粗砂巖含水層，隔水層厚度較小，含水層富水性較強(qiáng)。為保證安全施工，需要堅(jiān)持“有疑必探，先探后掘”的原則，針對性進(jìn)行探放水施工。

3 探放水施工技術(shù)

3.1 探放水設(shè)備

探放水依據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》《煤礦安全規(guī)程》等規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求開展[3-5]。根據(jù)臨近巷道掘進(jìn)探放水結(jié)果及現(xiàn)場情況分析：預(yù)計(jì)232205運(yùn)輸巷探放水鉆孔單孔涌水量為10～20 m3/h，最大涌水量為30 m3/h。

鉆孔采用ZDY-1200S型或ZDY-3200S煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)施工，具體參數(shù)為：開孔直徑133 mm;終孔直徑75 mm;鉆桿長度1 500 mm;鉆桿直徑50 mm;鉆進(jìn)深度200 m。

封孔設(shè)備主要有2ZBQ-5/4注漿泵、PKN封孔器、16 mm注漿軟管、安全閥門。

3.2 探放水鉆孔施工參數(shù)

在巷道開口位置布置1#鉆場，在掘進(jìn)250 m、850 m、1 280 m、2 340 m處分別施工2#、3#、4#及5#鉆場。在鉆場內(nèi)施工的探放水鉆孔深度均在150 m以上，封孔長度均為10 m。

3.2.1 1#鉆場探放水鉆孔施工。在232205行車?yán)@道及一煤組輔運(yùn)大巷內(nèi)各施工一組探放水鉆孔，施工的超前探放水鉆孔超前工作面掘進(jìn)迎頭100 m以上。具體施工位置如圖1所示，鉆孔參數(shù)見表1。1#鉆場內(nèi)鉆孔施工時(shí)先施工1#鉆孔，待1#鉆孔涌水量穩(wěn)定后，繼續(xù)施工2#鉆孔。

3.2.2 2#鉆場探放水鉆孔施工。待巷道掘進(jìn)280 m后，在250 m位置施工2#鉆場，對運(yùn)輸巷內(nèi)頂板含水層進(jìn)行疏排。具體鉆孔施工位置如圖2所示，施工參數(shù)見表2。探放鉆孔呈扇形布置，可覆蓋此段含水層。鉆孔實(shí)施順序按照1#—4#依次進(jìn)行。

3.2.3 3#鉆場探放水鉆孔施工。待232205工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)908 m時(shí)，在850 m位置施工3#鉆場，3#鉆場內(nèi)鉆孔施工參數(shù)如表3所示。鉆孔施工順序按照1#—3#依次進(jìn)行。

3.2.4 4#及5#鉆場探放水鉆孔施工。待巷道掘進(jìn)至1 295 m時(shí)，在1 280 m位置施工4#鉆場，巷道掘進(jìn)至2 355 m時(shí)，在掘進(jìn)2 340 m位置施工5#鉆場，4#及5#鉆場內(nèi)鉆孔參數(shù)完全一致，4#及5#鉆場內(nèi)探放鉆孔施工參數(shù)見表4。鉆孔施工順序按照1#—5#依次進(jìn)行。4#及5#鉆場探放水鉆孔布置見圖3。

3.3 封孔及孔口管安裝

第一，根據(jù)預(yù)計(jì)水量及水壓，確定套管長度為6.0 m，管口外露長度不大于0.2 m。

第二，鉆孔開口直徑為159.0 mm，擴(kuò)口開口深度為6.5 m，套管直徑為108.0 mm。套管采用水灰比為1∶1的單液水泥漿固定。套管安全閥門[101.6 mm（4.0寸）閘閥]采用法蘭聯(lián)結(jié)。

第三，探水前鉆孔應(yīng)預(yù)先安裝固定安全套管。安全套管的安裝流程為：首先采用孔徑為75.0 mm的鉆頭開孔鉆至6.5 m深，然后用孔徑為159.0 mm的大鉆頭擴(kuò)孔至6.5 m深;退出鉆具，將6.0 m套管推至距孔底0.5 m處，孔口與套管間空隙用水泥漿密實(shí);注漿完畢24 h以上，退出鉆具;安裝不低于40 kg/cm的高壓閘閥，并按照規(guī)定進(jìn)行高壓水試壓;為防止鉆進(jìn)過程中砂巖水涌水，待耐壓試驗(yàn)及孔口管固管試驗(yàn)合格后，在孔口安裝高壓閘閥、水壓表及防噴閥。具體探放水鉆孔封孔及孔口管安裝見圖4。

3.4 探放水效果分析

1#鉆場內(nèi)2#鉆孔終孔涌水量為3.0 m3/h，明顯小于1#鉆孔的3.8 m3/h，證明此段范圍內(nèi)直羅組粗砂巖含水層富水性較弱。鉆孔出水點(diǎn)距2-2煤約7.0 m，在掘進(jìn)過程中，應(yīng)做好對頂板含水層的監(jiān)測和疏放工作。經(jīng)過1#鉆孔及2#鉆孔疏排后，232205運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間未出現(xiàn)淋水現(xiàn)象。

2#鉆場施工的4個(gè)疏放水鉆孔終孔層位均位于羅組粗砂巖含水層，鉆孔鉆進(jìn)過程中，實(shí)際鉆孔涌水量均較小，最大出水量為0.5 m3/h，證明此段范圍內(nèi)直羅組粗砂巖含水層富水性較弱。根據(jù)出水點(diǎn)計(jì)算，鉆孔出水點(diǎn)距2煤約6.5 m，預(yù)計(jì)此段范圍內(nèi)頂板含水層涌水不會給巷道掘進(jìn)帶來影響。

3#鉆場內(nèi)的3個(gè)疏放水鉆孔終孔層位均位于羅組粗砂巖含水層，鉆孔涌水量均較小，最大涌水量為0.35 m3/h，證明此段范圍內(nèi)直羅組粗砂巖含水層富水性較弱。根據(jù)出水點(diǎn)計(jì)算，鉆孔出水點(diǎn)距2煤約4.5 m。

4#鉆孔內(nèi)施工的4個(gè)疏放水鉆孔均穿直羅組底部粗砂巖含水層，鉆孔涌水量較大，但是衰減較快，截至2019年9月25日，已累計(jì)疏放水量4 500 m3。由于此范圍位于區(qū)域向斜軸部，含水層標(biāo)高較低，從而導(dǎo)致此位置出現(xiàn)較多積水。同時(shí)，由于含水層水力聯(lián)系較差，導(dǎo)致鉆孔涌水量較大。此段范圍內(nèi)2煤老頂直羅組粗砂巖含水層有一定富水性，屬于弱～中富水性的含水層區(qū)域，同時(shí)頂板裂隙較為發(fā)育，單位涌水量小于1 L/（m·s）。通過鉆孔疏排即可降低含水層對巷道掘進(jìn)的影響，后續(xù)巷道掘進(jìn)過程中，頂板涌水量在0.3 m3/h以內(nèi)，不會給掘進(jìn)安全造成威脅。

5#鉆場內(nèi)施工的4個(gè)疏排水鉆孔呈扇形布置，覆蓋了此段含水層，鉆孔施工期間涌水量均在0.4 m3/h以內(nèi)，涌水量較小。根據(jù)出水點(diǎn)計(jì)算，鉆孔出水點(diǎn)距2煤約5.3 m。

4 結(jié)論

①梅花井煤礦232205工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間，頂板含水層為直羅組粗砂巖含水層，預(yù)計(jì)涌水量較大。為此，提出通過布置超前探放水鉆孔對頂板含水層進(jìn)行疏排，并確定含水層與巷道頂板的位置。

②在巷道掘進(jìn)過程中，分別在開口位置250 m、850 m、1 280 m及2 340 m位置布置鉆場，對頂板含水層進(jìn)行探測及疏排。其中，1 280 m位置布置的4#鉆場內(nèi)探放鉆孔涌水量較大，同時(shí)涌水量衰減較快，其余鉆場內(nèi)鉆孔涌水量均較小。這主要是因?yàn)檫\(yùn)輸巷掘進(jìn)區(qū)域受區(qū)域向斜影響，巷道1 280 m位置正處于向斜軸部，含水層內(nèi)水在此位置集聚，同時(shí)由于含水層水力聯(lián)系較差，從而使疏排水鉆孔涌水量衰減較快。

③通過布置疏排水鉆孔，巷道掘進(jìn)期間頂板淋水量控制在0.3 m3/h以內(nèi)，頂板淋水不會給巷道掘進(jìn)及后續(xù)圍巖支護(hù)帶來顯著威脅。

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