沿空下山掘進(jìn)巷井下探放水技術(shù)實(shí)踐

李揚(yáng)

（潞安環(huán)保能源開(kāi)發(fā)股份有限公司五陽(yáng)煤礦，山西 長(zhǎng)治 046200）

防治水是礦井水害隱患治理的一項(xiàng)重要工作，其中井下老空水探放是井下水害治理中的一項(xiàng)重要工作，探放水工作的實(shí)施效果直接影響礦井的安全生產(chǎn)和采掘計(jì)劃的正常銜接。五陽(yáng)礦井田范圍內(nèi)主采煤層為山西組的3#煤。隨著五陽(yáng)礦井田范圍內(nèi)3#煤煤炭資源不斷開(kāi)采，現(xiàn)有井田范圍內(nèi)的煤炭資源瀕臨枯竭，為確保礦井生產(chǎn)的接替正常，將在井田范圍內(nèi)深挖邊角工作面開(kāi)采潛力，因此采掘活動(dòng)受周圍老空區(qū)積水水害的威脅越來(lái)越大［1］。

五陽(yáng)礦在礦井75采區(qū)南部邊角區(qū)域圈定工作面，對(duì)邊角區(qū)域的煤柱進(jìn)行回收，需重新在此區(qū)域布設(shè)下山巷道，沿空掘進(jìn)面臨沿采空區(qū)掘進(jìn)的問(wèn)題，需調(diào)整常規(guī)探放水施工設(shè)計(jì)，有針對(duì)性地對(duì)巷道探放水方式進(jìn)行改進(jìn)。

1 76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷概況

76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為1 162.3 m，巷道標(biāo)高為+549.5～+613.5 m。該巷東部為75A1運(yùn)輸巷出煤巷，西部為75A1放水巷，南部為75A1采空區(qū)，北部為75A2采空區(qū)。在75A1采空區(qū)和75A2采空區(qū)之間煤柱內(nèi)布置沿空掘進(jìn)76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷，沿空掘進(jìn)區(qū)域巷道長(zhǎng)度為638 m，巷道采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固強(qiáng)力錨桿錨索組合支護(hù)系統(tǒng)（支護(hù)參數(shù)如表1所示），寬5.3 m，高4.15 m。76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷有完善的壓風(fēng)、供水、排水系統(tǒng)，具備鉆探施工條件（平面如圖1所示）。

圖1 76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷平面位置

2 采空區(qū)積水情況

采空區(qū)積水主要來(lái)自3#煤層頂板Ⅶ號(hào)砂巖含水層的水通過(guò)采動(dòng)裂縫進(jìn)入采空區(qū)。76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中位于75A1采空區(qū)與75A2采空區(qū)之間，由于75A1和75A2工作面為仰采，且尾部均留設(shè)放水巷，75A1采空區(qū)與75A2采空區(qū)內(nèi)積水均可通過(guò)放水巷自流至75-3#皮帶巷內(nèi)，但因采空區(qū)年代久遠(yuǎn)，放水孔可能存在不通暢或孔內(nèi)淤堵導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)局部存在積水［2］。76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷兩側(cè)老空區(qū)積水情況如表2所示。

表1 76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷支護(hù)參數(shù)

表2 76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷兩側(cè)老空區(qū)積水情況

3 地質(zhì)概況

76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷掘進(jìn)區(qū)域煤層賦存穩(wěn)定，平均厚度為6.41 m。巷道掘進(jìn)對(duì)象主要為山西組中下部的泥巖及砂質(zhì)泥巖和3#煤層，掘進(jìn)區(qū)域煤層傾角為-7°～+7°，平均-4°。

根據(jù)三維地震勘探及相鄰巷道掘進(jìn)資料分析，76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷掘進(jìn)區(qū)域無(wú)較大斷層和其他地質(zhì)構(gòu)造。

兩側(cè)采空區(qū)與地表河流無(wú)水力聯(lián)系，不受地表水影響。

4 探放水方案設(shè)計(jì)

4.1 鉆探目的

探查、疏放巷道掘進(jìn)區(qū)域兩側(cè)采空區(qū)積水，消除76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷掘進(jìn)區(qū)域老空水的威脅。

4.2 鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷探放水鉆孔詳細(xì)參數(shù)如表3所示。

76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷在煤層頂板上方2 m順層掘進(jìn)期間在工作面施工6個(gè)孔，5#（6#）鉆孔分別鉆探至兩側(cè)采空區(qū)內(nèi)，鉆探后對(duì)孔內(nèi)水位、水壓進(jìn)行測(cè)定。

表3 76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷探放水鉆孔參數(shù)

在探明采空區(qū)內(nèi)無(wú)積水后，按照留設(shè)超前距離30 m，掘進(jìn)前方控制幫距20 m進(jìn)行掘進(jìn)；若采空區(qū)內(nèi)有積水，根據(jù)探測(cè)結(jié)果標(biāo)定采空區(qū)積水水位，按照《煤礦防治水細(xì)則》第八十二條規(guī)定：沿空掘進(jìn)的下山巷道超前疏放相鄰采空區(qū)積水的，在查明采空區(qū)積水范圍、積水標(biāo)高等情況后，可以實(shí)行限壓（水壓小于0.01 MPa）循環(huán)放水［3］。

在原探放水的基礎(chǔ)上，定期觀測(cè)5#、6#鉆孔涌水情況，巷道標(biāo)高每下降1 m，工作面垂直左右兩幫各鉆探至采空區(qū)內(nèi)，確保鉆孔無(wú)涌水流出，方可繼續(xù)掘進(jìn)（鉆孔布置如圖2所示）。

圖2 鉆孔布置平面

4.3 鉆孔孔口技術(shù)參數(shù)

（1）孔口最大承壓值計(jì)算：（取首次探放水孔口承壓值）

積水區(qū)域最高點(diǎn)標(biāo)高：+614 m，探放水鉆孔最低點(diǎn)標(biāo)高：+610 m。

孔口最大承壓：

（ρ取1.0 g/cm3，g取10 m/s2，H為積水區(qū)域最高點(diǎn)標(biāo)高到探水孔最低點(diǎn)孔口垂直高度）

根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》要求，工作面積水范圍清楚，經(jīng)計(jì)算孔口最大承壓值為0.04 MPa。因此，首次鉆探止水套管長(zhǎng)度取10 m符合施工要求。

（2）鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：鉆孔傾角誤差為±0.5°；鉆孔方位誤差為±1°；鉆孔高度誤差為±100 mm；鉆孔排距誤差為±100 mm。

4.4 鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔使用?133 mm鉆頭開(kāi)孔，鉆進(jìn)11 m后沖孔，下入直徑?108 mm的套管10 m，注水泥漿加固，固管時(shí)間不小于48 h，并作不小于0.5 h的耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力大于3.0 MPa，孔口管牢固不動(dòng)，周圍沒(méi)有滲漏水現(xiàn)象，則說(shuō)明合乎要求，否則重新注漿加固。

4.5 鉆機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)

鉆機(jī)采用ZY-2300全液壓坑道鉆機(jī)，鉆桿：?63 mm×1.5 m，鉆頭：?75 mm（詳細(xì)參數(shù)）。

表4 ZY-2300型全液壓坑道鉆機(jī)參數(shù)

5 應(yīng)用效果

76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷掘進(jìn)期間探放水鉆孔僅在巷道探至75A2采空區(qū)域尾部區(qū)域時(shí)（第十二循環(huán)探放水）存在一處涌水，出水鉆孔13-6#涌水量5.0 m3/h，并在24 h內(nèi)衰減至1.0 m3/h左右，36 h后鉆孔不再涌水（此時(shí)13-6#鉆孔承老空水壓為0）。隨巷道向前掘進(jìn)，用長(zhǎng)孔控制掘進(jìn)區(qū)域采空區(qū)積水情況，短孔跟進(jìn)循環(huán)疏放。該循環(huán)右側(cè)施工3個(gè)驗(yàn)證短孔，均存在少量出水，涌水量均為1.0 m3/h左右，且在16 h均內(nèi)不再涌水。巷道疏放75A2采空區(qū)積水共計(jì)500 m3左右［4］。

通過(guò)應(yīng)用長(zhǎng)短探結(jié)合的循環(huán)近探近放技術(shù)實(shí)踐，76.2#區(qū)段2#總回風(fēng)巷掘進(jìn)期間未受到兩側(cè)老空水害威脅，保障了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的人身安全，為煤礦沿空掘進(jìn)下山巷道提供了探放水新思路、新手段。由于煤炭資源的不斷開(kāi)采，煤礦會(huì)面臨資源瀕臨枯竭的情況，邊角工作面的資源開(kāi)采利用情況越發(fā)普遍，老空水害威脅越來(lái)越大，而長(zhǎng)短探結(jié)合的循環(huán)近探近放技術(shù)的應(yīng)用，在沿空掘進(jìn)巷道中具有現(xiàn)實(shí)的推廣意義。