對煤礦探放老空水鉆孔布置中的幾個問題的探討

李新俊

(忻州市煤炭工業局，山西 忻州 034000)

老空水害是煤礦水害中最危險的一種，山西省人民政府出臺的《山西省煤礦老空水害防治工作規定》，山西煤礦安全監察局、山西省煤炭工業廳印發的《井下探放老空水技術要求》對生產實踐很有指導意義，避免了探放水設計人員對鉆孔數量、鉆孔參數等內容確定的隨意性和盲目性。筆者通過煤礦老空水探放實踐，發現有關探放水鉆孔布置的幫距和鉆孔終孔位置鉆孔間距、孔間距等幾個問題需要進行探討。

1 探放水鉆孔“幫距”的確定

1.1 幫距的概念

根據《井下探放老空水技術要求》：幫距指扇形布置的最外側探水孔所控制的范圍與巷道幫的距離（見圖1）。以前的教科書中說中心眼孔終點與斜眼孔（最外側）終點之間的垂直軸向的距離稱為幫距[1]（見圖2）。這兩種規定的不同在于是否考慮了巷道的寬度，在要求幫距相同的情況下，中心眼孔終點與斜眼孔終點之間的垂直軸向的距離所控制的范圍明顯要小于最外側探水孔終點與巷道幫的距離所控制的范圍。筆者認為可以把幫距的概念理解為：扇形布置的最外側外斜眼孔終點控制的安全外圍線與相應側的巷幫的垂直距離。

圖1 探水鉆孔的超前距、幫距和允許掘進距離示意圖

1.2 探放水鉆孔長度和掘進巷道外斜眼孔控制的外圍線與巷幫距離的關系

在確定探放水鉆孔的超前距和幫距的時候，超前距往往是按照經驗來確定，探放老空積水最小超前平距不得小于30m，幫距一般與超前距相同，或比超前距小1～2m。這樣，就發現一個問題，在超前距、幫距已經確定的情況下，探放水鉆孔距離越長，巷道允許掘進距離也越長，探放水允許掘進巷道終點處外斜眼鉆孔控制的外圍線與掘進巷道終點的巷幫的距離也越大。比如，確定探放水鉆孔超前距為30m，幫距也為30m，巷道允許掘進距離按30m和60m兩種情況對比。巷道允許掘進距離30m，探放水鉆孔中心眼距離為60m，巷道允許掘進終點處外斜眼控制的安全外圍線與掘進巷道終點的巷幫距離為15m。巷道允許掘進距離60m，探放水鉆孔中心眼距離為90m，巷道允許掘進終點處外斜眼控制的安全外圍線與掘進巷道終點的巷幫距離為20m。另外還有一個問題就是，在上面兩種不同允許掘進距離探放水的情況下，當巷道掘進到30m的時候，允許掘進30m和允許掘進60m兩種情況下外斜眼在該處控制的外圍線到巷幫的距離不同，并不是探放水鉆孔距離和巷道允許掘進距離越長，該處外斜眼鉆孔控制的外圍線與巷幫的距離也越大，而是減小。比如上面提到的巷道允許掘進距離按30m和60m兩種情況，當巷道掘進到30m的時候，允許掘進30m的探放水方法在該處控制的外圍線到巷幫的距離是15m，允許掘進60m的探放水方法在該處控制的外圍線到巷幫的距離是10m（見表1）。

圖2 探水孔的超前距及幫距

表1 探放水鉆孔長度和掘進巷道外斜眼孔控制的外圍線與巷幫距離的關系

通過以上分析，在超前距、幫距一定的情況下，隨著探放水鉆孔距離和允許掘進距離的加大，巷道允許掘進終點處外斜眼鉆孔控制的外圍線也在加大。巷道在掘進到同一距離的情況下，探放水鉆孔距離長、允許掘進距離大的巷道在該處外斜眼鉆孔控制的外圍線與巷幫距離小，探放水鉆孔距離短、允許掘進距離小的巷道在該處外斜眼鉆孔控制的外圍線與巷幫距離大。

1.3 實際意義的“幫距”

在探放水設計的時候，超前距和幫距可以看做是一個常量，變量是探放水鉆孔控制的長度和允許掘進距離。隨著探放水鉆孔控制的長度和允許掘進距離的增大，巷道在某一位置外斜眼孔控制的外圍線與巷幫的距離在減小。預留足夠的超前距是為了防止老空區積水水量大、水壓高、煤壁松軟的情況下對掘進迎頭造成威脅。在掘進停掘位置兩側存在老空區積水的情況下，掘進迎頭兩側同樣受到威脅。這個時候幫距并不能真正控制停掘位置的安全外圍。安全外圍應該是扇形布置的最外側探水孔在停掘位置與巷幫的距離控制的范圍，最外側探水孔（外斜眼）在停掘位置與巷道幫的距離才是具有實際意義的“幫距”（見圖3）。

圖3 探水鉆孔的超前距、幫距和允許掘進距離示意圖

1.4 合理確定探放水鉆孔長度

生產實踐中根據探放老空水的位置不同，警戒線以外、警戒線以內探水線以外區域相對安全，探水布置探放水鉆孔數量比較少，適合長孔布置。在允許掘進停掘位置滿足“幫距”要求的情況下，探放水鉆孔終孔位置控制的外圍線到巷幫距離相對較小。探水線以內區域探放水布置探放水鉆孔數量較多，為保證允許掘進距離范圍內巷幫兩側外斜眼控制的范圍接近“幫距”控制的范圍，就要縮短探放水鉆孔距離和允許掘進距離，這種情況適合短孔布置。缺點是探放水鉆孔終孔位置控制的外圍線到巷幫距離較大，鉆孔利用率不高。探水線以內區域探放水最為有效的方法是按照探水線與積水線確定的寬度，布置3～5個能探查到積水區域的長距離探放水鉆孔，如能打透老空更好，打不透老空也可以起到控制的作用。然后在長探鉆孔的基礎上加密短探鉆孔，按照短孔布置的方法進行探放老空區積水。無論哪種探放水方法都必須保證探放水鉆孔的超前距和“幫距”滿足設計要求。

2 探水鉆孔終孔位置鉆孔間距與孔間距的矛盾

2.1 探放水鉆孔終孔位置橫向鉆孔間距和縱向鉆孔間距的規定

《煤礦防治水規定》規定探放老空水終孔位置以滿足平距3m為準，厚煤層內各孔終孔的垂距不得超過1.5m[2]。山西省《井下探放老空水技術要求》中規定厚煤層探放水“在探水線以內區域，一般在終孔位置處橫向鉆孔間距不得超過3m，縱向孔間距不得超過1.5m。[3]（見圖4、圖5）

圖4 探水鉆孔終孔位置橫向鉆孔間距（平距）示意圖

圖5 厚煤層探水鉆孔終孔位置縱向鉆孔間距示意圖

2.2 鉆孔終孔位置鉆孔間距與孔間距的矛盾

《井下探放老空水技術要求》明確了孔間距的概念，也規定了孔間距應小于老空寬度（見圖4）。老空寬度就是為什么要規定終孔位置處橫向鉆孔間距不得超過3m的依據，那是應該在終孔位置鉆孔間距不超過3m呢，還是在掘進停掘位置鉆孔間距不超過3m呢？這就出現了一個鉆孔終孔位置鉆孔間距與孔間距的矛盾。

2.3 橫向鉆孔間距和縱向鉆孔間距位置的選擇

老空區形式多種多樣，有的是以大面積的采空區存在，有的是以巷道形式存在，更多的是相互交織的采空區和巷道構成。在大規模機械化開采以前，煤礦開采對巷道寬度要求不高，能滿足礦車、小平車通過或者滿足行人通行就可以了。更早的古空巷道往往是人工拿鎬等工具開鑿的小斷面巷道，高度以滿足行人高度為標準，大部分巷道高度在1.5～2.0m之間。開采范圍也不大，以巷道式采煤工藝為主。在厚煤層中往往存在一些沿頂板、底板或者中間布置的古空巷道，相互交織的古空巷道形成了一定規模的古空區，這些古空區往往是煤礦開采中發生水害的主要場所。

在探放水設計時一定要考慮這些巷道的探查方法，為了保證掘進安全，不遺漏每一個有可能存在積水、積氣的古空巷道，掘進迎頭及周圍探水鉆孔間距按照古空巷道可能的3m跨度來考慮，在掘進停掘位置考慮橫向鉆孔間距3m是合理的（見圖6）。

在豎直方向上布置一定密度的鉆孔來探查不同層位的古空巷道。由于探放水鉆孔的施工長度不同，頂（底）板方向鉆孔在巷道掘進停掘位置頂（底）部控制的垂直高度也不同。如果以鉆孔終孔位置的鉆孔豎直方向間距不超過1.5m為準，巷道掘進停掘位置不能滿足最頂（底）部鉆孔探測到頂（底）板的要求。因此，厚煤層巷道在掘進停掘位置考慮縱向鉆孔間距1.5m也是合理的（見圖7）。

圖6 探水鉆孔停掘位置橫向鉆孔間距（平距）示意圖

圖7 厚煤層探水鉆孔停掘位置縱向鉆孔間距示意圖

3 結束語

通過以上分析，不難發現煤礦老空水探放鉆孔布置幫距的時候，往往是根據巷道停掘位置的外圍安全距離來布置的，這個才是實際意義上的“幫距”，是煤礦探放水設計的時候應該考慮的一個關鍵因素，這樣才能保證幫距與超前距相等，或比超前距小1～2m。生產實踐中必然會遇到探水鉆孔間距是采用終孔位置鉆孔間距還是孔間距的矛盾。為此，我們必須統一認識，孔間距的大小、鉆孔的密度是為了保證探放水過程中不遺漏任何一個可能的老空巷道，確保煤礦在存在老空區的探水線以內區域掘進時不發生透水事故。因此，必須在探放水設計和施工過程中執行探水線以內巷道停掘位置處探水鉆孔橫向鉆孔間距不大于3m，縱向鉆孔間距不大于1.5m的規定。