底板巖巷掘進超前探測防治災害技術

王啟軍

（義煤集團新義礦業有限公司，河南 新安 471821）

1 概況

新義井田位于新安煤田傾伏向斜北翼的深部，主采煤層為二疊系山西組二1煤層，煤厚0～15.47m,平均4.81m，大致呈N-NE向厚薄相間交替出現。井田內地質條件復雜，褶曲、斷裂構造發育，局部地層厚度缺失，二1煤層厚度和煤層頂底板變化較快，且具有煤與瓦斯突出危險性，屬煤與瓦斯突出礦井。

礦井二1煤層的直接充水含水層為頂板山西組砂巖孔隙裂隙含水層和底板太原組灰巖巖溶承壓含水層，對工作面安全生產影響不大，間接充水水源為奧陶系灰巖巖溶裂隙承壓含水層，距煤層底板平均58m，目前開采-305m水平以淺底板承受水壓3.2～4.2MPa，對工作面安全生產有一定的威脅，礦井不受地表水、老窯水和老空積水的威脅。礦井水文地質類型為中等。

工作面底板巖巷布置在二1煤層底板以下8～12m,掘進前方煤層、構造、水文地質等隱蔽致災因素制約著開掘進度和區域瓦斯治理工作。

2 災害防治技術

根據工作面地質及水文地質條件，按照鉆探和物探相結合的原則，以探清巷道掘進影響范圍內的地質構造、水害威脅、煤巖層位變化情況及其他相關資料為目的，以異常區為重點，全面探查，形成立體控制，不留盲區，查清隱蔽致災地質因素。

2.1 鉆探

在底板巖巷掘進過程中，為滿足礦井區域瓦斯治理需要，每掘進30m將施工一個防突鉆場。為便于超前探測工作，可利用此防突鉆場每隔一個鉆場（60m一循環），在鉆場內施工一輪超前探控制鉆孔，設計7個鉆孔，其中5個為頂板控制鉆孔，控制二1煤層厚度及構造發育情況，防止誤揭煤層和誤揭構造；2個為底板控制鉆孔，主要是控制隱伏構造，對工作面底板導水裂隙進行充填、閉合，使之不導水，增強了煤層底板隔水層的強度，防止水害事故發生。循環施工，鉆孔控制超前平距120m，0～80m為安全掘進段，80～120m為鉆孔施工段和超前距，且每一循環超前距保證不少于20m，否則停掘。

（1）頂板控制

頂板控制鉆孔分長探鉆孔和短探鉆孔，長探鉆孔著重對區域煤層賦存情況、構造發育情況進行整體控制；短探鉆孔著重控制局部煤層底板變化、煤層厚度,對區域長探資料進行細化、補充。

① 長探。底板巖巷掘進過程中，優先施工超前探鉆場，超過鉆場7m前必須施工完畢并經驗收合格，鉆探單位開始組織進鉆，利用ZDY3200S液壓鉆機施工超前探控制鉆孔，孔口加裝防噴裝置。1#、2#、3#均沿巷道掘進方向,1#孔控制鉆場前方10m范圍，2#孔控制鉆場前方60m范圍，3#孔控制鉆場前方120m范圍，4#、5#鉆孔分別與鉆場掘進方向呈10°夾角，控制鉆場前方120m范圍，左右兩幫各15m。1#、2#鉆孔均要穿過煤層頂板2m，3#、4#、5#鉆孔在保證孔深的前提下穿過煤層底板2m，4#、5#鉆孔可根據3#鉆孔施工角度進行調整。鉆孔施工方位與設計誤差不超過±1°，傾角與設計誤差不超過±0.5°。

圖1 頂板鉆孔剖面圖

圖2 頂板鉆孔平面圖

② 短探。巷道掘進過程中利用錨索鉆機在巷道正頭施工短探鉆孔，當安全巖柱≥8m時，每掘進5m，在巷道正頭與頂板垂直向上施工一個鉆孔，鉆孔穿過煤層底板0.5m；每掘進10m，施工一個鉆孔穿過煤層頂板0.5m。當5m≤安全巖柱＜8m時，每掘進3m，在巷道正頭與頂板呈60°夾角向上施工一個鉆孔，鉆孔穿過煤層底板0.5m；每掘進10m，在巷道正頭與頂板垂直向上施工一個鉆孔，鉆孔穿過煤層頂板0.5m。

圖3 短探鉆孔示意圖

（2）底板控制

底板方向鉆孔兩個，超前控制120～150m，鉆孔布置同時要考慮滿足整個工作面底板注漿加固需要，每90m施工兩輪超前探鉆孔，終孔垂深控制二1煤層底板下90m左右（根據工作面底板承受的水壓大小，確定注漿加固隔水層厚度，確保突水系數小于0.06MPa/m），進入奧灰約30m。根據工作面底板注漿改造的經驗，底板注漿加固擴散半徑按30m計算，鑲邊不少于20m，相鄰兩個循環同側終孔位置不超過60m進行工作面底板全覆蓋注漿加固。

圖4 底板鉆孔平面圖

底板控制鉆孔采用二級套管結構，各級套管長度根據工作面底板巖石穩定程度、鉆孔俯角大小、底板承受的水壓和巷道位置關系綜合進行計算，二級套管長度不少于30m，如遇破碎帶、煤層、與巷道夾角小時可適當延長套管長度，依下至完整巖層為準。一級采用Ф133mm鉆頭，下Ф127mm套管，二級采用Ф113mm鉆進，下Ф108mm套管，二級套管安裝防噴裝置試壓合格后，采用Ф75mm鉆頭施工至終孔。根據鉆孔探測前方底板富水情況，采用地面或井下不同方式進行壓入式注漿，確保工作面不受水害威脅。

2.2 物探

瞬變電磁儀超前物探是根據瞬變電磁勘探視電阻率斷面圖，觀測地層相對高、低阻電性分布情況，判斷探測范圍內巖層的賦、導水性及其分布情況等。每次超前探測前方80m范圍的視電阻率，保留30m超前距，根據成果資料，針對物探異常區域，結合鉆探手段再進行查證，同時也為鉆探查證提供了依據，兩者之間相輔相成，都為工作面防治水工作提供參考，確保工作面的安全生產。

3 結語

（1）采用鉆探和物探相結合的超前探方法，能夠立體查明工作面前方隱蔽致災各類地質因素，避免了誤揭煤、誤揭構造，誤透水害等災害事故的發生。

（2）優化超前鉆探設計，最大限度保證超前距離控制，減少鉆探單位短距離多次施工時鉆機搬家次數，節約了人力物力，同時縮短了底板巷掘進時的影響時間，有效提高底板巖巷的單進速度。