云崗礦410盤區21003巷有掘必探設計研究

李志云

（同煤集團云崗礦，山西 大同 037017）

1 地質概況

云崗礦21003巷位于12-2#層410盤區，設計長559m，規格為4.5m×3.0m，以方位175°由西北往東南方向掘進。該區域煤層厚度2.5～3.5m，平均3.0m，局部含1～3層厚度0.1～0.5m的夾石。直接頂為灰色粉砂巖，厚度在3.0～10.0m之間，平均5.5m；直接底為深灰色粉砂巖，厚度約0.7m。地面位于大南溝，南部較平坦，北部較陡；井下位于410盤區12-2#層，北部為510-4回，西部為21005巷，東部和南部未開拓。

2 水患分析

2.1 上覆層水患分析

該工作面南部的上覆層12#層為該礦81037（2015年采完）工作面局部采空區及51037巷道，上覆8#層為該礦8805（2013年采完）、8807（2015年采完）局部采空區，上覆3#層為實體煤，上覆2#層為實體煤。該區域12-2#層與上覆2#層層間距平距152m，與上覆12#層層間距在3.0～10.0m之間。預計上覆12#層采空區內局部低洼處存有積水需要進行探測，確保安全后方可掘進。

預計積水量計算：

W=KMF/cosα

=0.3×2.9×150×110/cos2°=1.4萬m3

老空區積水對12#層底板最大處壓強計算：

P=ρgh=1.0×9.8×（2.9+175×tan2°）

=88kPa=0.088MPa＜0.1MPa

式中：

ρ-水的密度；

g-重力加速度；

h-底板最低處到水面高度。

2.2 同層水患分析

根據中國礦業大學于2011年11月對該區域所做的《云岡礦12-2#層410盤區新開拓區域上覆采空積水區物探》結果分析報告表明：12-2#410盤區，在盤區巷向西延伸到預計1500m處時，存在黨家洼煤礦，該礦新井越采該礦12#層，后退回并構筑了密閉，現采掘情況不明，有積水隱患對該礦8#及12#層410、408盤區西部區域的開拓部署有一定的影響。同時表明21003巷局部存在異常區，應進行超前探測。

2.3 下伏層水患分析

《云岡礦水文地質類型劃分報告》資料解釋結果表明，下伏層寒武灰巖巖溶水不會對開采造成威脅，不存在帶壓開采，因此無下伏層水患發生。

綜上分析，12-2#層21003巷水文地質情況整體較簡單，但上覆12#層81037采空區和51037局部巷道內局部低洼處預計存有積水。因此，21003巷在掘進期間，在堅持“有掘必探、先探后掘”的同時，必須對上覆層進行超前探放，特編制該設計并貫徹實施。

3 有掘必探設計方案分析

3.1 物探方法

基于410盤區21003巷的水患分析，根據“物探先行，鉆探驗證”的探放水工作原則，采用井下物探與鉆探相結合的方法進行超前探放。其中井下物探可為瞬變電磁物探和直流電法物探兩種方法協調使用。

3.1.1 瞬變電磁物探

采用中國地質大學（武漢）高科資源探測儀器研究所生產的TEMJF50礦用隔爆兼本安型瞬變電磁儀進行井下超前物探，每次物探設計一條測線11個測點，測點示意圖如圖1所示。

圖1 巷道瞬變電磁物探11個測點示意圖

通過在巷道掘進頭移動發射接收線圈，形成一條掘進頭超前探測的實測剖面。超前探測100m，允許掘進70m，在保證有30m安全距離的基礎上循環推進，如圖2。

3.1.2 直流電法物探

采用型號為YDZ（B）的礦用隔爆兼本安型直流電法儀，超前探常用方法為“三點源法”（如圖3所示）。通過在掘進巷道內向后方循環訂電極，形成1條巷道掘進前方超前探測的實測剖面。

圖2 21003巷超前探測循環平面布置圖

圖3 “三點源法”超前探施工裝置圖

對于物探結果顯示正常的區域，執行該“有掘必探”設計，對于物探結果顯示異常的區域，必須重新制定加密探鉆方案。

3.2 21003巷有掘必探鉆孔設計

（1）前360m范圍（兩層兩鉆布置）

探同層：方位為175°（正前方），傾角與煤層實際傾角一致，深度50m，最多允許掘進20m，在保證有30m安全距離的基礎上循環推進，不探鉆，不允許掘進，嚴禁超安全距離掘進。

探上覆層：方位為125°（正前方鉆孔方位偏左50°），傾角45°，每50m施工一個，該鉆是為了探測上覆12#層51037巷道內積水，終孔必須見空。

（2）360m～到位（兩層兩鉆布置）

探同層：方位為175°（正前方），傾角與煤層實際傾角一致，深度 50m，最多允許掘進20m，在保證有30m安全距離的基礎上循環推進，不探鉆，不允許掘進，嚴禁超安全距離掘進。

探上覆層：與探同層的鉆孔同時施工，方位為175°（探正前上方），鉆孔傾角在（+5）°～（+10）°之間，該鉆終孔必須見空。

3.3 探放水鉆孔施工技術及單孔結構

（1）每次超前探測時，將工作面浮煤清理干凈，所有鉆孔開孔位置均在巷道底板以上煤層中部施工（距底板約1m），正前鉆在工作面中部，側向鉆距工作面兩側煤壁0.5m，不探鉆，不允許掘進。

（2）每循環最多允許掘進20m，待第一組鉆孔嚴格按照設計要求全部施工完畢后，方可掘進；在保證超前距不小于30m的前提下，再施工第二組鉆孔，依次類推，直至巷道到達設計位置為止，不探鉆不允許掘進。

（3）探水工具采用ZYJ-1000系列架柱式液壓回轉鉆機，鉆孔終孔孔徑不得大于75mm，為了很好地控制水量，應安裝孔口止水承壓套管，長度不得小于10m。

4 排水及避災路線設計

排水路線：12-2號層21003巷—12-2號層410-4皮—12號層410-1皮—402石門水溝—1030南大巷水溝—中央水倉—地面。排水要求：根據探放水鉆孔性質，結合本區水文地質條件，要求探測巷道必須在巷道低洼處構建水倉，配備一臺排水能力至少為45kW的水泵并隨巷道掘進向前移動（備用一臺45kW水泵和電機），鋪設一趟4寸管路，排至盤區水倉。此外，在巷道低洼處配備5.5kW潛水泵，以備日常排水使用。如遇特殊情況，必須盡快增設排水設備。

當巷道探鉆地點發生突水或井下施工探孔與采空區探通水量較大時，要迅速組織人員由：12-2號層21003巷—12-2號層410-4軌（皮）—12號層410-1軌（皮）—402石門—1030南大巷—副井—地面。12-2號層21003巷—12-2號層510-4回—12號層510-1回—402風井—地面。發生水害時沿不受水害影響、標高較高的線路進行撤退。

5 施工安全技術措施

（1）施工隊組嚴格按照設計探鉆參數要求進行施工，遇井下特殊情況，須與地質部門聯系，重新調整鉆孔參數，補充鉆孔探測設計方案。

（3）所有在工作面施工和作業的人員，必須隨時觀察各種突水征兆。一旦發生安全事故后，向礦調度室匯報，由礦調度室組織撤出受水害威脅地點所有作業人員，再采取措施進行處理，確認安全后，方可恢復生產。

（4）超前探測施工隊組必須編制探測小窯安全技術措施及防治水應急救援預案，并在班前會強化員工的防治水意識，真正做到防患于未然。為了保證探巷地點及避災路線必經巷道不發生冒頂、片幫以便于通風和搶險，在探水前和鉆孔施工期間要加強沿途頂板的支護。

（5）探鉆巷道在巷口位置懸掛探水警示牌板，注明各種透水征兆、探測鉆孔布置示意圖及水害避災路線。探測結束采用書面形式通知探測位置、探測深度，安監站負責監督，必須按探測深度保留至少30m的超前距離。

6 總結

論文基于12-2#層410盤區21003巷的地質及水患情況，設計了該巷道有掘必探方案，同時制定了排水及避災路線和安全技術措施，有效地保障了21003巷的開采安全，為實現高產高效安全開采奠定了基礎。