復雜地質條件下綜掘巷巖高效掘進超前探技術方案對比分析

柴茂嘉

摘 要：孟津煤礦屬于煤與瓦斯突出及水文地質類型復雜型礦井，在這種復雜地質條件下，工作面煤巷未施工前需掘進底板巖巷以用作工作面瓦斯抽放巷和工作面底板全覆蓋注漿加固巷。底板巖巷采用綜掘機進行綜合掘進，按照《煤礦防治水細則》“有掘必探”的要求綜掘巖巷掘進前需進行超前探工作，如何提高綜掘巖巷掘進效率緩解礦井接替緊張局面，合理的超前探技術方案的選擇是關鍵。本文結合復雜地質條件下綜掘巖巷超前探施工現場，對兩種超前探技術方案進行對比分析，為礦井綜掘巖巷快速掘進超前探技術的選擇提供了依據。高效合理的超前探技術方案的選擇不僅能提高綜掘巖巷的單月掘進效率、保障礦井的有序接替計劃，還可以為類似復雜地質條件下存在綜掘底板巖巷掘進施工的礦井提供技術參照。

關鍵詞：復雜地質條件;底板巖巷;綜合掘進;超前探;技術方案;對比分析;掘進效率;

0引言

孟津煤礦地質類型及水文地質類型均為復雜型，目前礦井面臨采煤工作面接替緊張，工作面底板巖巷掘進效率過低，而影響巖巷高效快速掘進的關鍵因素是掩護巷道安全掘進的超前探工程，因此對不同的超前探技術進行對比研究，合理選擇一套適合我礦復雜地質條件下綜掘巖巷安全高效掘進的超前探技術方案迫在眉睫。筆者通過對兩種超前探技術方案進行對比，最終得出一套符合我礦復雜地質條件下行之有效的超前探技術方案。該方案特點是妥善的協調好綜掘機快速掘進與超前探查孔施工的時間關系，既保證了超前探查結果的真實有效，又保證了采掘接替的有序開展[1]，從而達到礦井綜掘巖巷安全高效掘進的目的。

1 底板巖巷超前探技術要求

1.1超前探目的

探查掘進巷道前方一定范圍內煤巖層位、地質構造、水文特征等地質條件。

1.2超前探控制范圍

每次超前探要查清巷道前方不小于60m、巷道兩側不小于15m的地質及水文條件，并預留一定的超前距（巖巷20m、煤巷30m），循環探查掘進。在地質構造破壞帶或者煤層賦存條件急劇變化時應加密鉆孔，進一步探清前方地質構造及煤層情況。

1.3超前探鉆孔布置

按照《煤礦防治水細則》要求每一循環超前探鉆孔數量原則上4～6個。預掘巷道正前方鉆孔1個，預掘巷道方向斜上方鉆孔2～3個，鉆孔進入煤層垂深不小于1m（或鉆孔進入煤層不小于5m）。發現斷層適當增加鉆孔個數，分別控制斷層的上下兩盤。有底板水害威脅的，底板方向鉆孔不少于2個，超前距一般取20m（依據水壓大小適當調整），幫距應與超前距相同或比超前距小1～2m，終孔層位到巷道底板法線距離不得小于20 m。

1.4超前探鉆孔施工順序

先施工預掘巷道前方距煤層或構造較近的頂部層位鉆孔，再施工距煤層或構造較遠及兩側的層位鉆孔，后施工底部探水鉆孔，正前方鉆孔在底部探水孔掩護范圍內施工。

2 超前探施工技術方案

2.1 方案一

（1）鉆場布置：鉆場布置在預掘巷道一側，間距60m循環布置，1部鉆機跟蹤施工直至掩護底板巖巷掘進完成。

（2）鉆孔布置及個數：每個鉆場內布置鉆孔8個，頂部探煤鉆孔5個，底部探水鉆孔2個，正前鉆孔1個。鉆孔工程量約950m，工期約15天。頂部探煤鉆孔終孔間距40m，最遠孔控制平距120m，兩側鉆孔控制巷幫各20m;底部探水鉆孔2個，控制巷幫各25m，終孔層位為奧灰頂界面，最遠孔控制平距160m，每相鄰兩循環鉆孔沿巷道方向終孔間距為60m;正前鉆孔沿巷道坡度布置并在兩個底部探水孔施工掩護范圍內施工，鉆孔長度約150m。具體布置詳見圖1：

（3）鉆孔施工技術要求：頂部鉆孔進入煤層垂深不小于1m（或進入煤層不小于5m），每個探煤鉆孔開孔1m后必須安裝孔口防噴裝置，并與工作面瓦斯抽放系統連接，防止打鉆過程中瓦斯超限，終孔直徑不小于75mm;底部探水孔一級套管開孔孔徑133mm，套管直徑127mm，下設長度25m。二級套管開孔孔徑113m，套管直徑108mm，下設長度60m。終孔直徑不小于75mm，一級套管的注漿壓力6Mpa，試壓應不小于8Mpa，二級套管的注漿壓力12Mpa，試壓壓力13Mpa。兩級套管試壓的穩壓時間應不小于30min。固管試壓合格后終孔鉆進前，孔口必須安設大閘閥和防噴裝置，避免施工期間出大水造成水害事故。鉆孔固管和封孔漿液配置按水灰比1：0.7～1：1.5、比重1.5～1.65進行配置，鉆孔注漿終壓13Mpa，鉆孔封孔合格標準以孔口不出現漏水、滲水、滴水現象為準;正前鉆孔Φ94mm鉆頭開孔直至終孔。

2.2 方案二

（1）鉆場布置：鉆場采用“掛耳”的形式布置在巷道兩側，每組2個鉆場（鉆場間距為10m），60m一組循環布置，2部鉆機同時跟蹤施工直至掩護底板巖巷掘進完成。

（2） 鉆孔布置及個數：每個鉆場內布置鉆孔4個，其中頂部探煤鉆孔5個，底部探水鉆孔2個，正前鉆孔1個。鉆孔工程量約930m，工期約10天。頂部鉆孔終孔間距控制在40m，最遠孔控制平距120m，兩側鉆孔控制巷幫各20m;底部探水鉆孔2個，控制巷幫各25m，終孔層位為鋁土頂界面，最遠孔控制平距160m，每相鄰兩循環鉆孔沿巷道方向終孔間距60m;正前鉆孔沿巷道坡度布置并在兩個底部探水孔施工掩護范圍內施工，鉆孔長度約150m。具體布置詳見圖2：

（3）鉆孔施工技術要求：頂部鉆孔進入煤層垂深不小于1m（或進入煤層不小于5m），每個探煤鉆孔開孔1m后必須安裝孔口防噴裝置，并與工作面瓦斯抽放系統連接，防止打鉆過程中瓦斯超限，終孔直徑不小于75mm;底部探水孔一級套管開孔孔徑133mm，套管直徑127mm，下設長度12m。二級套管開孔孔徑113m，套管直徑108mm，下設長度25m。終孔直徑不小于75mm，一級套管的注漿壓力6Mpa，二級套管的注漿壓力12Mpa，試壓壓力13Mpa。二級套管試壓的穩壓時間應不小于30min。固管試壓合格后終孔鉆進前，孔口必須安設大閘閥和防噴裝置，避免施工期間出大水造成水害事故。鉆孔固管和封孔漿液配置按水灰比1：0.7～1：1.5、比重1.5～1.65進行配置，鉆孔注漿終壓13Mpa，鉆孔封孔合格標準以孔口不出現漏水、滲水、滴水現象為準;正前鉆孔Φ94mm鉆頭開孔直至終孔。

4 兩種技術方案對比分析

兩種技術方案分別在我礦兩條綜掘底板巖巷進行了實際應用，方案一在12000工作面軌道底抽巷進行應用施工，方案二在11050工作面軌道底抽巷進行應用施工。現將對比分析如下：

（1）鉆孔施工效率對比分析

在12000工作面軌道底抽巷施工的16個超前探查孔，施工工期29天，平均每組鉆場鉆孔施工工期為14.5天，且鉆孔施工全部符合設計要求;在11050工作面軌道底抽巷施工的16個超前探查孔，施工工期18天，平均每組鉆場鉆孔施工工期為9天，且鉆孔施工全部符合設計要求。從兩組鉆場的施工工期對比可以發現方案二的鉆孔施工效率明顯高于方案一的鉆孔施工效率，同等復雜地質條件下鉆孔的單孔施工效率方案二比方案一提高了33.8%。

（2）巷道掘進效率對比分析

12000工作面軌道底抽巷和11050工作面軌道底抽巷在綜掘機功率、巷道斷面、支護方式等相同的條件下，運用方案一單月掩護巷道掘進進尺140m，運用方案二單月掩護巷道掘進進尺204m，兩組方案掩護巷道掘進效率進行對比，方案二每月的巷道掘進效率比方案一提高了6.7%。

（3）鉆探材料費用對比分析

方案一鉆孔工程量比方案二工程量多20m，超前探鉆探費用304元/m，方案二比方案一鉆探費用節約了6080元;方案一兩組鉆場4個底部探水孔Φ127mm套管共下設長度100m，Φ108mm套管共下設長度240m，套管固管水泥干料用量12.8t;方案二兩組鉆場4個底部探水孔Φ127mm套管共下設長度48m，Φ108mm套管共下設長度100m，套管固管水泥干料用量7.2t。Φ127mm套管245元/m，Φ108mm套管225元/m，方案一套管使用費用78500元，方案二套管使用費用34260元。水泥干料450元/t，方案一固管水泥使用費用5760元，方案二固管水泥使用費用3240元。對比兩種方案套管及固管水泥干料的材料費用，我們不難算出方案二在一二級套管下設方面使用的材料費用比方案一節約了44240元，水泥干料使用的材料費用節約了2520元，共計節約材料費用46760元。方案一與方案二詳細對比統計見表1。

5結論

（1）在同等復雜地質條件下，方案二采用雙側“掛耳”鉆場和2部鉆機同時施工的方式，將超前探查鉆孔平均分配到2個鉆場內進行施工，取消了頂底部過巷鉆孔的施工、降低了鉆探施工難度，從鉆孔的施工效率方面明顯優越于方案一。

（2）在符合相關地質防治水技術規定及規程的前提下，經數值計算方案二將底部探水鉆孔的終孔層位選擇在鋁土頂界面而不是含水層奧灰頂界面，通過對含水層上部的的導水裂隙進行注漿封堵，實現了探注分離、降低了鉆孔的出水概率、減小了鉆孔注漿的難度、優化了套管的下設長度、節約了材料費用，從而掩護了底板綜掘巖巷的高效掘進，充分提高了底板巖巷單產單進能力和掘進效率。

（3）通過上述兩種超前探施工技術方案的對比分析，筆者認為高效合理的超前探技術方案的選擇，在不同的地質條件下掩護巷道安全、快速掘進方面具有很大的成效，結合礦山自身條件對超前探技術進行優化和創新，形成一套行之有效的技術標準和工藝流程對礦井的長遠發展有極大的促進作用。

參考文獻：

[1]謝 偉，張 帆.煤礦底板巖巷綜掘工藝與超前探查優化設計[J].能源技術與管理，2019（01）