掘進巷道頂板裂隙水探放水施工設計

王 強

（山西焦煤集團霍州煤電集團晉北煤業有限公司，山西 忻州 035100）

超前鉆探是煤礦采掘工作面水害防治重要技術手段，合理的探放水設計不可有效消除工作面水害威脅，保證工作面安全高效采掘，但在實際生產過程中，煤礦探放水施工還存在很多問題，主要表現在探水鉆孔布置不合理、封孔質量差、安全措施不到位等，從而降低了探放水施工效率，無法起到預期的探放水施工效果。本文以1031巷為例，對施工巷道采取了合理有效的探放水施工效率，并對其應用效果進行分析。

1 概 述

山西焦煤集團霍州煤電集團晉北煤業有限公司1031巷位于井田一采區，東北部與一采區回風、皮帶、軌道巷相鄰；東南部與井田邊界相鄰；西南部與原牛泥煤礦2005-2006年采空區相鄰；西北部以采區邊界為界。

1031巷設計長度為922m，巷道設計斷面規格寬×高=4.5×3.5m，巷道掘進煤層為石炭系5上#煤層該煤層結構簡單，煤層厚度3.3～6.9m,平均厚5.1m，1031巷沿煤層底板平行掘進，煤層頂底板巖性如表1所示。

根據晉北煤礦提供工作面物探資料顯示，1031巷工作面地表無水體，僅雨季時部分溝谷有間歇性流水。蓋山厚度為80～150m，對工作面回采影響不大。工作面回采期間主要充水水源為5上#煤層頂板之上石炭系太原組頂板砂巖、薄層灰巖裂隙水，5上#煤層間距為11.5m，共計含水量為5583m3，水壓為1.3MPa，預計工作面平均涌水量達4.2m3/h，對巷道掘進影響較大。

表1 石炭系5上#煤層頂底板巖性匯總表

2 超前鉆探施工設計

為了保證巷道掘進安全，消除巷道上覆巖層裂隙水患，決定對1031巷采取超前探放水施工設計。

2.1 鉆放水施工設備

1）鉆孔設備：1031巷采用型號為ZY-750D煤礦用全液壓鉆機配套直徑為63mm，長度為1.5m中空鉆桿以及直徑為75mm八翼鉆頭聯合進行鉆孔施工，鉆機功率為22KW，鉆進壓力為25MPa。

2）封孔設備：2ZBQ-5/4注漿泵一臺、PKN型封孔器兩個、直徑為130mm擴孔鉆頭兩個、長度為3.0m，直徑為110mm孔口鋼管4根、直徑為16mm注漿軟管1根、XZFKL-I型封孔注漿化學粘接材料兩桶。

2.2 鉆孔布置參數

1）1031巷共計布置兩排探水鉆孔，其中仰斜鉆孔一排，主要用于對頂板裂隙水進行鉆探，水平鉆孔一排，主要用于工作面前方及煤柱兩側含水層探測。

2）仰斜鉆孔共計5個（1#-5#），鉆孔深度為60m，鉆孔直徑為75mm，鉆孔仰角為17°，鉆孔間距為0.8m，鉆孔施工在距頂板0.5m出煤壁上，其中1#鉆孔水平角為0°，2#、4#鉆孔水平角為10°，3#、5#鉆孔水平角為20°，如圖1所示。

圖1 1031巷超前探水鉆孔布置示意圖

3）水平鉆孔共計3個（6#-8#），鉆孔深度及直徑與仰斜鉆孔一致，鉆孔垂直煤壁布置，鉆孔間距為1.6m，鉆孔距頂板間距為1.5m，6#鉆孔水平角為0°，7#、8#鉆孔水平角為20°。

2.3 鉆孔封孔工藝

為了提高仰斜鉆孔封孔質量，保證探放水施工安全，決定對探水鉆孔采取“兩堵一注”封孔工藝。

1）1031巷鉆孔封孔長度為11m，當鉆孔施工至11.5處時停止繼續鉆進更換擴孔鉆頭進行擴孔施工，擴孔深度為11m，擴孔后鉆孔直徑為130mm。

2）鉆孔擴孔后對鉆孔內安裝孔口套管，套管主要為長度為3.0m，直徑為110mm鋼管，共計4根，相鄰兩根鋼管之間采用絲扣式連接，孔口管安裝后對孔底采用膨脹水泥進行封堵，封堵長度為0.5m，如圖2所示。

3）在孔口管與鉆孔壁之間埋入一根直徑為16mm注漿軟管，然后在距孔底、孔口0.5m處分別安裝一個PKN型封孔器，并對孔口段繼續采用膨脹水泥進行封堵，從而使鉆孔中部形成環形封堵空間。

4）環形封堵空間形成后，將注漿軟管與2ZBQ-5/4注漿泵連接，然后對環形封堵空間高壓注入XZFKL-I型封孔材料，注漿壓力為1.5MPa，單孔注漿時間穩定在10min。

5）鉆孔封孔后在外露端孔口管安裝壓力表及法蘭盤，然后對鉆孔內高壓注水進行耐壓試驗，注水壓力一般為水壓的1.5～2倍，1031巷鉆孔注水壓力為2.0MPa，注水穩定時間不得低于15min，注水過程中未發現鉆孔竄動，煤壁滲水即可視為鉆孔封孔質量完好。

圖2 1031巷探水鉆孔“兩堵一注”封孔工藝示意圖

3 安全技術措施

1）鉆孔施工前應在鉆場附近施工一個臨時水倉，并施工一條排水溝與盤區水倉連接，若巷道掘進長度大于500m時每隔200m需布置一個臨時水倉，水倉容積不得低于8m3。

2）鉆孔施工前應對工作面煤壁、頂板進行加固，防止水壓作用導致煤壁片幫、頂板冒落事故發生，可對鉆場煤壁進行馬麗散注漿加固，對頂板支設工字鋼棚進行加固。

3）鉆孔施工期間應實時記錄鉆孔深度及出水情況，若發現鉆孔出現淋水、頂鉆現象應立即停止鉆進，嚴禁拔出鉆桿，記錄出水量及水壓，并及時匯報地測科、總工程師。

4）當掘進煤層賦存發生變化時，在保證安全距離的前提下，應及時調整鉆孔深度及角度，保證對掘進巷道范圍的全覆蓋。

5）探放水施工時必須安排專職的瓦檢工對鉆場附近進行瓦斯檢測，當瓦斯濃度超過0.8%時必須立即切斷鉆機電源，并將工作面施工人員撤出工作面，并對鉆場進行加強通風。

6）在放水期間應隨時觀測孔口管情況，若水壓大于2.0MPa時必須安裝兩套控水閘閥，以及泄壓裝置，保證放水穩定，避免出現因水壓大出現孔口管竄動，降低封孔質量，導致透水事故發生。

4 結束語

山西焦煤集團霍州煤電集團晉北煤業有限公司地測科，針對1031巷上覆巖層裂隙含水層水壓、含水量大，為了巷道施工安全，提出了合理有效的探放水施工設計，以及安全技術措施，通過實際應用取得顯著應用效果：

1）1031巷共計施工超前鉆孔120個探水鉆孔，其中濕孔48個，其它為干孔，濕孔主要分布在施工巷道235～476m段以及740～920m段，共計放水量為5569m3，平均水壓為1.1MPa，探放水施工后巷道在后期掘進過程中頂板未出現嚴重淋水現象，最大淋水段位于810～840m處，最大淋水量不足0.7m3/h，基本消除了施工巷道裂隙水威脅。

2）與傳統黃泥砂漿封孔工藝相比，“兩堵一注”新型封孔工藝保證了鉆孔四周裂隙巖體膠結強度，提高了鉆孔封孔質量，有效防止了探放水施工期間因鉆孔封孔質量差，導致透水事故發生；同時對探放水施工期間采取合理有效安全技術措施，避免了鉆孔施工、放水施工等事故發生，保證了施工安全。