老采空積水區(qū)下掘進(jìn)巷道鉆探技術(shù)應(yīng)用分析

趙少鵬

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)野川煤礦，山西 高平 048400）

采掘巷道在施工過程中受四鄰采空區(qū)積水影響，圍巖易產(chǎn)生淋水甚至發(fā)生水害事故。巷道圍巖出現(xiàn)淋水后,對掘進(jìn)安全存在很大的影響，主要表現(xiàn)一下幾方面：①圍巖出現(xiàn)淋水后軟化了煤巖體，降低了圍巖的承載強(qiáng)度［1-5］，掘進(jìn)期間容易出現(xiàn)圍巖垮落現(xiàn)象。②巷道圍巖主要采用錨桿（索）進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)體長期在淋水浸泡狀態(tài)下，降低了支護(hù)體的屈服強(qiáng)度和支護(hù)體的錨固效果，容易出現(xiàn)支護(hù)失效現(xiàn)象［6-7］。③在水壓作用下圍巖出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，當(dāng)水壓大于巖體抗壓強(qiáng)度時(shí)，容易發(fā)生透水事故，威脅巷道施工安全。所以確定采掘巷道的充水水源類型并采取合理有效的防治水措施，對巷道的安全快速掘進(jìn)具有重要意義。野川煤礦三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷掘進(jìn)過程中要通過原柳樹底煤礦老采空區(qū)，預(yù)計(jì)該采空區(qū)積水較多，為避免掘進(jìn)工作面水害事故發(fā)生，決定對老采空區(qū)進(jìn)行探放水施工。

1 概述

1.1 巷道布置四鄰關(guān)系

野川煤礦三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷地面為山地丘陵地貌，該區(qū)地表基本為農(nóng)田、有一條排水溝，一條通村公路。井下位于井田中東部，東邊為原喬家溝煤礦3410采空區(qū)；南邊為設(shè)計(jì)三采區(qū)膠帶運(yùn)輸巷；北邊0～260 m段為集中回風(fēng)巷，260～830 m段為原柳樹底煤礦老采空破壞區(qū)，其余段均為實(shí)體煤；西邊為原集中輔運(yùn)巷。

1.2 巷道斷面及煤層情況

三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷長度為1 580 m，為矩形斷面，凈寬4.0 m，凈高3.4 m，凈斷面積17 m2。采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)方式。巷道沿3#煤層掘進(jìn)，煤層傾角0°～6°，平均煤厚約5.3 m，局部含夾矸，夾矸厚度約0～0.3 m。煤層頂?shù)装鍘r性如表1所示。

表1 三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷3#煤層頂?shù)装鍘r性

2 巷道水文地質(zhì)情況

2.1 頂板含水層分析

根據(jù)《晉能控股煤業(yè)集團(tuán)野川煤礦三采區(qū)地面瞬變電磁勘探報(bào)告》成果，該掘進(jìn)工作面施工過程中受采空區(qū)CK3-1、CK3-2威脅，預(yù)計(jì)采空區(qū)積水量為4 577 m3，為此，應(yīng)對采空異常區(qū)CK3-1、CK3-2進(jìn)行超前鉆探驗(yàn)證。根據(jù)《山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)野川煤業(yè)有限公司井田中北部地面三維地震勘探報(bào)告》成果，三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷427～674 m處為反射波異常區(qū)，674～1 069 m處為采空區(qū)。

根據(jù)鉆孔抽水實(shí)驗(yàn)結(jié)果，上覆采空區(qū)單位涌水量（q）為0.000 8～0.024 6 L/s·m，滲透系數(shù)（k）為0.005 48～0.032 1 m/d，采空區(qū)煤層為5#煤層，與三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面施工的3#煤層層間距為28～32 m，對掘進(jìn)影響較大。

2.2 底板承壓水威脅情況分析

三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷底板主要為二疊系碎屑巖類裂隙含水層K7砂巖和K7砂巖裂隙含水層，與3號(hào)煤層之間由泥巖、砂質(zhì)泥巖相隔，對3號(hào)煤層的開采影響較??；三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷最低標(biāo)高+750 m，奧灰水位標(biāo)高約+617.5～+620.3 m，不受奧灰水的威脅。

2.3 受其他水體威脅情況分析

（1）封閉不良鉆孔水：鉆孔資料顯示，三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷30 m范圍內(nèi)有一個(gè)補(bǔ)31號(hào)鉆孔，該鉆孔封閉良好。掘進(jìn)至該鉆孔前，可對其進(jìn)行超前鉆探驗(yàn)證。

（2）構(gòu)造水：根據(jù)三采區(qū)地面瞬變電磁物探成果，顯示無大的地質(zhì)構(gòu)造，預(yù)計(jì)不受構(gòu)造水威脅。

（3）地表水：三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷對應(yīng)地表存在一條排水溝，因相距較遠(yuǎn)（水平錯(cuò)距為524 m），分析受地表水影響的可能性較小。礦井地質(zhì)防治水技術(shù)人員應(yīng)每周一次對地面排水溝及地表情況進(jìn)行一次巡查，強(qiáng)降雨天氣對地面排水溝及地表情況在雨前、雨中、雨后進(jìn)行全面3次巡查，并做好記錄以及影像資料。

3 探放水設(shè)計(jì)

為了保證三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面安全掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)期間決定對上覆采空區(qū)進(jìn)行超前鉆孔探放水施工。

3.1 探放水設(shè)備

（1）鉆孔設(shè)備：鉆探時(shí)采用GMS1-1300/22履帶式探水鉆機(jī)，?75 mm鉆頭若干個(gè)，130 mm擴(kuò)孔鉆頭若干個(gè)，鉆桿每根1 m，共100 m。鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 GMS1-1300/22履帶式探水鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)表

（2）封孔設(shè)備及材料：ZBQ2.5/7.0型注漿泵一臺(tái)；長度為0.5 m環(huán)形PJKW型封孔器若干個(gè)，長度為3.0 m、直徑為1.8 mm PVC孔口管若干根。注漿材料采用PKL-1有機(jī)化學(xué)注漿材料。

3.2 鉆孔布置參數(shù)

（1）三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷每個(gè)鉆場內(nèi)布置5個(gè)探水鉆孔，其中水平孔2個(gè)（編號(hào)為1#、2#），仰斜孔3個(gè)（編號(hào)為3#、4#、5#），鉆孔深度為100 m，直徑為75 mm，如圖1所示。

圖1 輔助運(yùn)輸巷探水鉆孔布置

（2）1#、2#鉆孔布置在迎頭距頂板2.0 m處，鉆孔布置間距為1.5 m，鉆機(jī)垂直煤壁布置，鉆孔水平角為90°，仰角為0°；3#～5#鉆孔布置在迎頭距頂板1.2 m處，鉆孔布置間距為1.5 m，布置仰角為20°。各鉆孔參數(shù)如表3所示。

表3 三采區(qū)輔助運(yùn)輸布置參數(shù)表

3.3 鉆孔封孔施工

為保證鉆孔放水施工安全，需提高鉆孔封孔質(zhì)量，對三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷探水鉆孔采取“兩堵一注”囊袋式封孔工藝。

（1）擴(kuò)孔施工：鉆孔擴(kuò)孔深度為11 m，擴(kuò)孔終孔端位于圍巖煤巖體內(nèi)，當(dāng)鉆孔施工長度為11 m后及時(shí)替換直徑為130 mm擴(kuò)孔鉆頭，鉆孔擴(kuò)孔后及時(shí)清理鉆孔內(nèi)煤屑，

（2）安裝孔口管：鉆孔擴(kuò)孔到位后孔內(nèi)依次安裝4節(jié)PVC孔口管，孔口管兩端為絲扣以及螺母結(jié)構(gòu)，相鄰兩節(jié)孔口管必須牢固可靠。

（3）封孔施工：①孔口管安裝后，先在孔口底部孔口管與鉆孔壁之間采用膨脹水泥進(jìn)行封堵，封堵長度為0.5 m，然后在底端以及距孔口0.5 m處各安裝一個(gè)型號(hào)為PJKW型封孔器，如圖2所示。②在兩個(gè)封孔器形成的環(huán)形封閉空間內(nèi)安裝一根直徑為20 mm注漿軟管，注漿軟管外露端與ZBQ2.5/7.0型注漿泵進(jìn)行連接。③開啟注漿泵進(jìn)行注漿施工，注漿壓力為2.5 MPa，單孔注漿時(shí)間為15 min。

（4）注水耐壓試驗(yàn)：為驗(yàn)證鉆孔封孔效果，封孔3 h后需對鉆孔進(jìn)行注水耐壓試驗(yàn)［8］，注水壓力不得低于積水壓力的1.5倍。因上覆采空區(qū)積水壓力為0.9 MPa，所以設(shè)計(jì)注水壓力為1.5～2.0 MPa，注水時(shí)間不低于10 min。注水過程中觀察孔口管竄動(dòng)情況以及煤壁滲水情況［9］，確認(rèn)無誤后方可繼續(xù)進(jìn)行鉆孔施工。

圖2 探水鉆孔“兩堵一注”囊袋式封孔施工平面

4 應(yīng)用效果分析

截止2021年8月19日，三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷已掘進(jìn)到位，巷道在掘進(jìn)期間共計(jì)布置15個(gè)探水鉆場，75個(gè)探水鉆孔。其中在巷道前0～674 m段以及1 069～1 580 m段探水鉆孔全部為干孔；在427～674 m處異常區(qū)未檢測到水源；在674～1 069 m段共計(jì)布置25個(gè)探水鉆孔，其中干孔10個(gè)（全部為水平孔），濕孔15個(gè)，共計(jì)放水量為4 543 m3，與預(yù)計(jì)積水量基本相符。巷道探放水后在674～1 069 m段巷道頂板淋水量不足0.45 m3/h，對巷道掘進(jìn)影響小。可見采用探放水措施后基本消除了上覆采空區(qū)積水隱患。

5 結(jié)語

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)野川煤礦通過對三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷采取合理有效的探放水措施后，對上覆采空區(qū)積水進(jìn)行了充分排放，消除了隱患，避免了巷道透水事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了采空區(qū)下巷道安全快速掘進(jìn)，取得了顯著應(yīng)用成效。