掘進(jìn)巷道小煤柱采空區(qū)探放水施工設(shè)計(jì)

張 潔

（大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

0 引言

超前鉆探是采掘工作面安全施工的重要技術(shù)手段，合理的超前鉆探設(shè)計(jì)可提高煤礦探放水施工效率，降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，保證煤礦安全高效生產(chǎn)。本文以雁崖煤業(yè)公司2310巷為例，針對(duì)巷道掘進(jìn)時(shí)涌水量大、巷道掘進(jìn)效率低等技術(shù)難題，對(duì)鄰近小煤柱8309采空區(qū)采取合理超前鉆探設(shè)計(jì)以及安全技術(shù)措施。

1 工作面概述

大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司2310巷位于井田三盤區(qū)西翼，巷道東西方向布置，施工巷道東部為盤區(qū)大巷，南部為5310巷，西部為實(shí)煤區(qū)，北部為8309工作面采空區(qū)。

2310巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1087m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.5m，巷道掘進(jìn)煤層為二疊紀(jì)下統(tǒng)山西組4#煤層，平均厚度為3.5m，煤層無偽頂，直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為2.7m；基本頂主要以粗砂巖為主，平均厚度為9.2m，施工巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝，截止目前巷道已掘進(jìn)260m。

根據(jù)礦地測(cè)科提供資料顯示，施工巷道上覆巖層無采空區(qū)積水、裂隙含水層以及老窯水等，8309采空區(qū)預(yù)計(jì)含水量為3804m3，預(yù)計(jì)水壓為1.4MPa；2310巷施工至220m處位于采空區(qū)巷幫煤壁出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，當(dāng)巷道掘進(jìn)至247m處時(shí)淋水加大，平均涌水量達(dá)5.7m3/h，且局部段巷幫出現(xiàn)嚴(yán)重片幫現(xiàn)象，最大片幫深度達(dá)2.1m，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)速度降低至2.7m/d，不僅制約著巷道掘進(jìn)速度，而且威脅著巷道施工安全。

2 探放水施工設(shè)計(jì)

為了保證巷道掘進(jìn)安全，決定對(duì)2310巷采取合理有效的采空區(qū)探放水施工設(shè)計(jì)。

2.1 探放水施工設(shè)備

1）鉆孔施工設(shè)備：2310巷探放水施工過程中主要采用型號(hào)為ZY-750D液壓鉆機(jī)配套中空鉆桿以及合金鉆頭進(jìn)行鉆孔施工；ZY-750D液壓電機(jī)功率為18.5kW，油壓為25MPa，鉆進(jìn)量為 22m/h；鉆桿直徑為63mm，每根長(zhǎng)度為1.5m，導(dǎo)向鉆孔直徑為75mm，擴(kuò)孔鉆頭直徑為130mm。

2）封孔設(shè)備：絲扣孔口鋼管4根，每根長(zhǎng)度為3.0m，直徑為105mm；HS-3型灌漿泵一臺(tái)，功率為12kW，壓力為3MPa，灌漿量為3.5m3/h；壓力表、控制閥等。

2.2 探水鉆孔施工

1）為了保證8309采空區(qū)探放水效率，在工作面煤壁距采空區(qū)側(cè)巷幫2.0m處施工一排斜角探水鉆孔，共計(jì)三個(gè)鉆孔（1#-3#），鉆孔與巷幫成5°夾角布置，如圖1所示，鉆孔深度為30m，直徑為75mm。

圖1 2310巷采空區(qū)探水鉆孔布置示意圖

2）1#鉆孔施工在距巷道底板0.8m處，2#鉆孔施工在距底板1.3m處，3#鉆孔施工在底板1.8m處，鉆孔仰角為4°，見表1。

表1 2310巷采空區(qū)探測(cè)鉆孔參數(shù)表

2.3 封孔工藝

2.3.1 封孔長(zhǎng)度確定

由于巷道掘進(jìn)煤層為二疊紀(jì)下統(tǒng)山西組4#煤層，煤層松軟，膠結(jié)穩(wěn)定性差，裂隙發(fā)育，受巷道開挖應(yīng)力以及8309采空區(qū)殘余應(yīng)力影響，位于采空取側(cè)煤體出現(xiàn)圍巖松動(dòng)圈，從工作面煤壁向采空區(qū)方向依次形成卸壓破碎區(qū)、卸壓減弱區(qū)以及圍巖穩(wěn)定區(qū)，通過施工深度為30m實(shí)驗(yàn)鉆孔發(fā)現(xiàn)，在0～5m范圍內(nèi)鉆孔成孔率不足35%，煤體破碎嚴(yán)重，為卸壓破碎區(qū)；在5～11m范圍內(nèi)鉆孔煤壁破碎現(xiàn)象降低，鉆孔成孔率提高至62%，確定為卸壓減弱區(qū)；在11m～18m范圍內(nèi)鉆孔成孔效果好，確定在圍巖穩(wěn)定區(qū)；在18m～30m范圍內(nèi)你依次形成卸壓減弱區(qū)、卸壓破碎區(qū)，所以為了保證封孔質(zhì)量，封孔長(zhǎng)度確定為12m。

2.3.2 封孔施工

1）當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)至12m后停止施工，及時(shí)更換直徑為130mm擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔深度為12m，擴(kuò)孔后鉆孔直徑為130mm，擴(kuò)孔后及時(shí)清理鉆孔內(nèi)煤屑。

2）鉆孔擴(kuò)孔后對(duì)鉆孔內(nèi)安裝四節(jié)孔口鋼管，相鄰兩節(jié)鋼管之間采用絲扣式連接，鋼管連接后必須保證鋼管平整。

3）對(duì)鉆孔孔底、孔口處安裝一個(gè)型號(hào)為MKT-12環(huán)形封孔器，該封口器長(zhǎng)度為0.5m，直徑為85mm，封孔后膨脹率提高50%；在安裝封孔器時(shí)嚴(yán)禁帶壓操作。

4）封孔器安裝后在孔口管與孔壁之間埋入一根注漿軟管，軟管另一端與HS-3型灌漿泵連接，對(duì)孔口間隙高壓注入膨脹水泥，注漿壓力為1.5MPa。

5）注漿完成2h后對(duì)封孔段進(jìn)行注水耐壓試驗(yàn)，注水壓力為2.0MPa，注水時(shí)間為15min，高壓注水期間未發(fā)現(xiàn)孔口管竄動(dòng)、煤壁滲水現(xiàn)象，接口確定封孔質(zhì)量合格。

3 鉆場(chǎng)安全維護(hù)技術(shù)措施

為了防止放水時(shí)受水力沖擊作用造成煤壁垮落，導(dǎo)致透水事故，通過技術(shù)研究，決定對(duì)鉆場(chǎng)采取“注漿+架設(shè)L型鋼棚”聯(lián)合安全技術(shù)措施。

3.1 注漿加固技術(shù)

1）注漿加固原理：通過對(duì)煤巖體施工注漿鉆孔，利用注漿泵對(duì)鉆孔內(nèi)高壓注入化學(xué)材料，對(duì)煤巖體裂隙進(jìn)行封堵、粘接，從而提高煤巖體膠結(jié)穩(wěn)定性，避免煤巖體破碎、冒落等現(xiàn)象。

2）施工工藝：①工作面共計(jì)施工一排注漿鉆孔，鉆孔施工距采空區(qū)側(cè)巷幫1.5m處，共計(jì)布置3個(gè)鉆孔，鉆孔成直線布置，鉆孔深度為5.0m，直徑為40mm;第一個(gè)鉆孔距頂板間距為1.0m，相鄰兩個(gè)鉆孔間距為1.0m，鉆孔仰角為10°，與巷幫夾角為20°;②鉆孔施工完后采用馬麗散注漿泵向鉆孔內(nèi)注入化學(xué)填充劑，填充劑采用的是馬麗散與催化劑配比為1:1混合液，注漿壓力為1.0MPa，注漿后及時(shí)對(duì)鉆孔進(jìn)行封堵。

3.2 架設(shè)“L”型鋼棚

為了防止在放水期間，造成鉆場(chǎng)煤壁垮落、頂板冒落等現(xiàn)象，決定對(duì)鉆孔附近架設(shè)“L”型工字鋼棚。

1）L型工字鋼棚主要由頂梁、棚腿、連接梁、底座等部分組成，如圖2所示，頂梁長(zhǎng)度為1.5m，頂梁中部焊制一個(gè)直徑為25mm圓孔；棚腿長(zhǎng)度為3.5m，棚腿與底座之間采用四根連接螺母進(jìn)行連接。

2）鉆場(chǎng)煤壁處共計(jì)架設(shè)4架“L”型鋼，鋼棚與煤壁垂直布置，鋼棚架設(shè)間距為1.0m，鋼棚棚腿與煤壁預(yù)留間距為0.2m。

3）首先將鋼棚底座與底板之間采用地錨進(jìn)行固定，然后將棚腿與底座之間采用螺栓進(jìn)行連接并預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于200N.m；頂梁與棚腿之間采用卡蘭進(jìn)行固定，頂梁安裝時(shí)必須保證頂梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

4）為了保證鋼棚安裝穩(wěn)定，采用固定錨桿將頂梁與頂板進(jìn)行固定，同時(shí)對(duì)相鄰兩架鋼棚之間采用兩根長(zhǎng)度為1.0m，直徑為20mm圓鋼進(jìn)行連接；在鋼棚棚腿與煤壁之間采用長(zhǎng)度為1.2m，寬度為0.3m水泥背板進(jìn)行填充，如圖2所示。

圖2 2310工作面鉆場(chǎng)聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖

4 結(jié)束語

受8309采空區(qū)積水影響，針對(duì)2310巷掘進(jìn)期間巷道涌水量大，影響巷道施工安全，雁崖煤業(yè)公司地測(cè)科通過技術(shù)研究，對(duì)8309采空區(qū)采取合理有效探放水施工設(shè)計(jì)以及安全技術(shù)措施，通過實(shí)際應(yīng)用取得了顯著成效。

1）截止2019年6月2310巷已掘進(jìn)到位，巷道共計(jì)施工66個(gè)探水鉆孔，共計(jì)放水量為3792m3，巷道探放水后在掘進(jìn)過程中工作面未出現(xiàn)嚴(yán)重涌水現(xiàn)象，受F3斷層影響位于670m～681m里程最大涌水量為1.2m3/h，其它地段平均涌水量不足0.5m3/h，基本消除了8309采空區(qū)積水影響，保證了巷道掘進(jìn)效率，平均掘進(jìn)速度提高至6.8m/d。

2）對(duì)鉆場(chǎng)采取注漿加固技術(shù)以及架設(shè)“L”型鋼棚等聯(lián)合措施后，使鉆場(chǎng)煤體單軸抗壓強(qiáng)度提高至62MPa，提高了煤體膠結(jié)穩(wěn)定性，防止了煤壁破碎、頂板垮落等現(xiàn)象，在后期放水過程中未發(fā)生因煤體松軟、加固措施不到位發(fā)生透水事故，保證了放水施工安全。