掘進巷道地質(zhì)探放水施工設(shè)計與安全措施

王海龍

（潞安集團司馬煤業(yè)公司，山西 長治 047105）

煤礦地質(zhì)探放水是保證采掘工作面安全掘進、避免礦井水害事故發(fā)生的有效途徑，但是實際礦井探放水施工時存在很多問題：（1）探水施工設(shè)計不合理。探水施工盲目性大，鉆孔布置不合理，造成探水施工后未能完全消除水害隱患；（2）鉆孔封孔質(zhì)量差。探水鉆孔施工后未能采取有效措施進行封孔，造成放水時噴孔事故發(fā)生；（3）安全措施不到位。在探水施工期間未采取有效的安全施工措施，導(dǎo)致人員傷亡、機電設(shè)備損壞等事故發(fā)生。對此，司馬煤業(yè)公司地測科在1211運巷掘進期間采取了合理有效的探放水施工設(shè)計及安全措施。

1 工作面概述

潞安集團司馬煤業(yè)公司1202運巷位于井田二采區(qū)北翼，巷道東部為1201工作面采空區(qū)，南部為采區(qū)大巷，西部、北部為實煤區(qū)。1202運巷設(shè)計長度為1153m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.2×3.6m，巷道沿石炭系3#煤層底板平行掘進，煤層平均厚度為6.9m。巷道直接頂以泥巖與粗粒砂巖混合巖層為主，平均厚度為4.2m，巖石裂隙發(fā)育；基本頂主要以細砂巖為主，平均厚度為11.2m，巷道已掘進375m。

電法勘探成果顯示，在1202運巷掘進范圍內(nèi)頂板往上6.0～7.5m處共有4處富水區(qū)域，主要為頂板砂巖裂隙含水層水，分別位于巷道477m、676m、792m以及960m處，預(yù)計總積水量達2787m3，對巷道掘進影響很大；同時受向斜構(gòu)造影響，1202運巷及1201工作面采空區(qū)在854～991m處存在低洼處，預(yù)計1201采空區(qū)低洼處積水量達560m3，而1202運巷與采空區(qū)預(yù)留保安煤柱厚度為20m，該采空區(qū)積水對巷幫維護及巷道掘進產(chǎn)生一定影響。為了保證1202運巷安全高效掘進，避免透水事故發(fā)生，司馬煤業(yè)公司決定采取探放水措施。

2 1202運巷探放水設(shè)計

2.1 鉆機及放水設(shè)備選取

1202運巷采用一臺型號為ZDY4000S，功率為55kW的鉆機進行探水鉆孔施工，鉆桿長度為1.5m，直徑為62mm，并配套直徑為75mm的三翼鉆頭，擴孔鉆頭直徑為150mm。長度為6.0m，直徑為127mm無縫孔口管、法蘭盤以及注漿泵等。

2.2 探水鉆孔布置參數(shù)

（1）1202運巷探水鉆孔設(shè)計長度為90m，鉆孔呈扇形布置，工作面迎頭共布置兩排探水鉆孔，每排五個探水孔，1#～5#鉆孔為頂孔，6#～10#鉆孔為周邊孔，頂孔主要探放頂板裂隙含水層水，周邊孔主要探放巷道周邊積水，巷道允許掘進為70m，超前距為20m，巷道巷幫安全距為25m，如圖1所示。

圖1 司馬礦1202運巷探水鉆孔布置示意圖

（2）工作面迎頭頂孔布置在距巷道頂板1.5m處，鉆孔與工作面呈6°仰角布置，鉆孔間距為1.0m；周邊孔與頂孔間距為1.0m，鉆孔垂直工作面布置，鉆孔間距為1.0m。各鉆孔參數(shù)如表1所示。

2.3 封孔長度確定

由于受巷道開挖應(yīng)力以及探水鉆孔施工擾動影響，鉆孔開口往里一定范圍內(nèi)孔壁巖體出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，從孔口往里依次形成應(yīng)力破壞區(qū)、應(yīng)力破壞減弱區(qū)以及應(yīng)力平衡區(qū)，所以鉆孔封孔終孔位置必須位于應(yīng)力平衡區(qū)內(nèi)，司馬礦通過“煤屑量”法確定鉆孔封孔長度。

（1）探水鉆孔施工前，在工作面距頂板2.0m處施工三個試驗鉆孔，鉆孔深度為15m，鉆孔直徑為75mm，每個鉆孔施工期間必須對鉆孔每米產(chǎn)生煤屑量進行記錄。

（2）通過現(xiàn)場實際觀察記錄發(fā)現(xiàn)，試驗鉆孔在0～3m范圍內(nèi)，每米鉆孔產(chǎn)生的煤屑量基本穩(wěn)定，平均為2.1kg/m；3～6m范圍內(nèi)平均產(chǎn)生的煤屑量逐漸降低，平均為1.6kg/m；在6～15m范圍內(nèi)每米鉆孔產(chǎn)生的煤屑量再次趨于穩(wěn)定，平均為1.2kg/m。

表1 1202運巷探水鉆孔參數(shù)表

由此可以判定，1202運巷鉆孔施工時，在0～3m范圍內(nèi)為應(yīng)力破壞區(qū)，3～6m范圍內(nèi)為應(yīng)力破壞減弱區(qū)，在6.0m以外為原巖應(yīng)力平衡區(qū)，所以為了減少封孔長度，保證封孔效果，決定將1202 運巷探水鉆孔封孔長度確定為8.0m。

2.4 封孔工藝

（1）當鉆孔鉆進8m時停止鉆進，采用直徑為150mm鉆頭擴孔，擴孔深度為6.0m，擴孔后及時清理孔內(nèi)浮煤，并安裝孔口管。

（2）在探水鉆孔上下各施工一個注漿孔，開口位置與探水鉆孔間距為0.5m，注漿孔直徑為30mm，注漿孔孔深為6.5m，注漿孔施工完后采用高壓注漿泵向孔內(nèi)注射聚氨酯粘劑，待煤壁出現(xiàn)漿液滲透時立即停止注漿并對鉆孔進行封堵。

（3）在孔口管與孔壁之間間隙內(nèi)埋入注漿小管，并由里向外填充膨脹水泥，當膨脹水泥填充至距探水鉆孔孔口0.5m處及時采用速干劑水泥進行孔口封堵處理，如圖2所示。

（4）探水鉆孔孔口管固定2h后，對鉆孔內(nèi)注射高壓水進行孔口耐壓試驗，注水壓力不得低于2MPa，耐壓試驗期間應(yīng)觀察孔口管穩(wěn)固情況以及滲水情況，耐壓試驗持續(xù)1h，孔口管未出現(xiàn)松動且無滲水現(xiàn)象時視為封孔合格。

圖2 1202運巷探放鉆孔封孔工藝施工平面示意圖

3 探放水安全施工措施

（1）掘進工作面在進行鉆孔施工前應(yīng)對鉆場附近支護補打到位，對破碎頂板及巷幫應(yīng)采取支設(shè)木柱、架棚等方法進行加固，并在鉆場附近安裝CH4、CO等有害氣體傳感器以及專用電話機。

（2）在施工巷道挖掘排水溝，排水溝規(guī)格為寬×深=0.3×0.3m，在巷道附近施工一個臨時水倉并安裝完善的排水設(shè)施，水倉容積及排水設(shè)施應(yīng)滿足巷道放水需求。

（3）探放水鉆孔施工時鉆孔深度、角度、間距、數(shù)量、位置等參數(shù)必須符合設(shè)計要求，鉆進期間必須記錄巖、煤層厚度，每鉆進10m及時丈量鉆孔深度，終孔前必須再次確認鉆孔深度。

（4）鉆孔施工期間發(fā)現(xiàn)煤體松軟、頂鉆、水壓加大、滲水等現(xiàn)象時必須立即停止鉆進，測量鉆孔深度，嚴禁拔出鉆桿，并立即匯報礦調(diào)度室采取有效措施。

（5）鉆孔過程中應(yīng)配備專職的瓦斯檢測供隨時對鉆場有害氣體檢測，發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)有害氣體噴出時必須立即停止鉆進，立即撤出鉆場及其附近所有人員，并加強鉆場通風。

（6）放水期間應(yīng)詳細記錄鉆孔終孔位置、放水量、水壓、放水時間等，發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)噴高壓水或者水壓過大時應(yīng)在孔口位置安裝防噴裝置。

（7）鉆孔放水完成后及時采用注水泥砂漿的方法對全孔進行封堵，并做好封孔記錄，為了保證完全消除積水隱患，在積水區(qū)域附近施工三個放水驗證孔，驗證孔無流水時說明放水完全。

4 探放水效果分析

（1）1202運巷掘進期間對工作面布置扇形探水鉆孔進行探放水后，工作面頂板共計放水量為2751m3，確定主要為頂板砂巖裂隙水，比預(yù)計放水量少36m3。主要是因為司馬礦回采煤層為石炭系3#煤層，煤層厚度為6.9m，煤層松散，煤層內(nèi)鉆孔長度為40m(不包括封孔段），在放水過程中積水在煤層內(nèi)鉆孔段滲透現(xiàn)象嚴重，導(dǎo)致頂板實際放水量比預(yù)計放水量少。

（2）1201采空區(qū)側(cè)共計放水量為549m3，主要為1201采空區(qū)低洼處積水，比預(yù)計放水量少11m3。主要因為在1201工作面回采時，在890m處布置一個臨時水倉，水倉深度為1.5m，水倉有效容積為15m3，在實際放水時廢棄水倉積水無法完全排放，導(dǎo)致1201采空區(qū)實際放水量比預(yù)計放水量少。

（3）1202運巷探放水施工后，在掘進過程中未出現(xiàn)大的涌水現(xiàn)象，僅在巷道790m處頂板出現(xiàn)局部淋水，但最大涌水量僅為1.7m3/min，對巷道掘進未構(gòu)成威脅，保證了巷道安全掘進。

5 結(jié)束語

潞安集團司馬煤業(yè)公司地測科通過技術(shù)研究，對1202運巷掘進期間采取了合理有效的探放水設(shè)計及安全施工措施，基本消除巷道周邊積水隱患，提高了巷道掘進效率，保證了巷道掘進安全，為其他煤礦巷道掘進探水施工提供了借鑒。