掘進(jìn)巷道探放水技術(shù)應(yīng)用分析

孟志彬

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)南河煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400)

引 言

巷道掘進(jìn)施工前必須采用物探、鉆探等技術(shù)手段，明確掘進(jìn)區(qū)域水文地質(zhì)條件，巷道掘進(jìn)過程中必須采取合理有效的探放水施工設(shè)計(jì)，對巷道四鄰可能存在的水害進(jìn)行疏水降壓，只有這樣才能保證巷道安全快速掘進(jìn)，防止透水事故發(fā)生；但是在實(shí)際煤礦探放水施工過程中，受使用條件、鉆探技術(shù)水平、防治水人員責(zé)任心等影響，探放水施工設(shè)計(jì)不合理，主要表現(xiàn)在鉆孔數(shù)量不足、鉆孔位置不正確、鉆孔封孔質(zhì)量差、探放水安全技術(shù)措施不到位等，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)過程中水害事故頻繁發(fā)生，造成煤礦重大經(jīng)濟(jì)損失[1-5]。本文以南河煤礦15108運(yùn)輸順槽掘進(jìn)為例，對巷道掘進(jìn)期間采取了合理有效的探放水施工設(shè)計(jì)。

1 概述

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)南河煤業(yè)有限公司15108運(yùn)輸順槽位于井田一采區(qū)，工作面北部為井田邊界留設(shè)保安煤柱，南部為三條采區(qū)大巷，東部為井田邊界，西部為15106工作面采空區(qū)。

15108運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長度為1 660 m，巷道斷面規(guī)格為4.5 m×3.0 m(寬×高)，巷道掘進(jìn)煤層為15#煤層，煤層平均厚度為3.15 m，巷道采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工工藝，截止目前巷道已掘進(jìn)557 m。

根據(jù)《礦井水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告》，該礦回采15#煤層，可導(dǎo)通至3#煤層采空區(qū)，通過報(bào)告分析得出該礦主要充水因素為大氣降水、3#煤層采空區(qū)積水、石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層。15108工作面上部3#煤層采空區(qū)積水，已做井下疏放水鉆孔驗(yàn)證，無明顯范圍積水，但老巷局部低洼處少量積水可以通過導(dǎo)水裂隙帶導(dǎo)入15#煤層。

受上覆含3#煤層采空區(qū)積水影響，巷道在掘進(jìn)前期出現(xiàn)頂板淋水現(xiàn)象，在淋水作用下巷道頂板巖體出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，局部破碎且伴隨著冒落，威脅著巷道掘進(jìn)安全。

2 探水鉆孔施工及封孔工藝

2.1 探水鉆孔施工工藝

1) 常規(guī)鉆孔布置參數(shù)：15108運(yùn)輸順槽ZLJ650型鉆機(jī)進(jìn)行鉆探施工，該鉆機(jī)最大鉆探深度為130 m，鉆孔最大允許角度為27°，采用鉆桿直徑為42.5 mm，導(dǎo)向鉆頭直徑為75 mm，擴(kuò)孔鉆頭直徑為127 mm。15108運(yùn)輸順槽迎頭共計(jì)施工3個(gè)常規(guī)探水鉆孔，1#鉆孔位于巷道中央且距底板1.5 m，2#、3#鉆孔位于巷道兩側(cè)且距底板1.5 m，3個(gè)鉆孔呈扇形，仰角為17°，間距為1.5 m。

2) 補(bǔ)充探水鉆孔布置參數(shù)：探水鉆孔的工藝采用長探與補(bǔ)探結(jié)合的方式，施工人員在巷道頂部兩個(gè)扇形布置補(bǔ)探鉆孔(4#、5#)，鉆桿及鉆孔的直徑分別為42.5 mm及75 mm。其中，4#、5#鉆孔距頂板距離1.0 m，間距為2.0 m，鉆孔仰角為17°，第162頁如圖1所示。

圖1 15108運(yùn)輸順槽探水鉆孔布置示意圖(mm)

3) 鉆孔深度：根據(jù)15108運(yùn)輸順槽頂板巖性，以及與上覆3#采空區(qū)層間距，決定將巷道常規(guī)探水鉆孔深度設(shè)計(jì)為120 m，巷道允許掘進(jìn)距離為70 m，超前距為50 m。補(bǔ)充探水鉆孔設(shè)計(jì)深度為100 m，允許掘進(jìn)距離為30 m，超前距離為70 m，巷道每掘進(jìn)30 m進(jìn)行一次補(bǔ)探。

2.2 探水鉆孔封孔工藝

1) 封孔長度確定：由于15108運(yùn)輸順槽掘進(jìn)煤層為15#煤層，煤層穩(wěn)定性相對較差，通過采用窺視儀對鉆孔壁完整情況觀察發(fā)現(xiàn)，在孔口往里3.0 m范圍內(nèi)孔壁巖體破碎嚴(yán)重，存在局部塌孔現(xiàn)象；在3.0 m～8.5 m范圍內(nèi)孔壁巖體高度裂隙發(fā)育，在8.5 m～11.7 m范圍內(nèi)孔壁巖體局部裂隙發(fā)育；在11.7 m后孔壁圍巖成巖性好，所以確定鉆孔封孔長度為12 m。

2) 采用合金鉆頭進(jìn)行導(dǎo)向鉆孔施工，導(dǎo)向鉆孔直徑為75 mm，鉆孔施工12.5 m后停止鉆進(jìn)，更換為直徑為127 mm擴(kuò)孔合金鉆頭，并進(jìn)行擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔深度為12 m，擴(kuò)口后孔徑為130 mm。

3) 擴(kuò)孔完成后對擴(kuò)孔段安裝孔口管，每節(jié)孔口管長度為3.2 m，共計(jì)安裝4節(jié)，孔口管為鍍鋅鋼材，管直徑為108 mm，孔口管安裝在孔口管外露段依次安裝水壓表、閥門以及2寸卸壓水管，如圖2所示。

圖2 孔口管安裝示意圖

4) 孔口管安裝后對管與孔壁間隙處充填聚氨酯黏合劑，并采用絲帶、棉布進(jìn)行封孔處理，封孔4 h后對鉆孔進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，注水壓力控制在1.0 MPa～1.5 MPa范圍內(nèi)。

3 探放水施工安全技術(shù)措施

1) 鉆孔在施工過程中應(yīng)實(shí)時(shí)掌握鉆孔的鉆進(jìn)長度、直徑、位置、方向、角度等參數(shù)，在進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)要在鉆桿上做好鉆孔深度的標(biāo)志，當(dāng)鉆孔鉆到設(shè)計(jì)深度時(shí)施工人員要及時(shí)停鉆，并將鉆孔內(nèi)的煤泥清洗干凈。

2) 探放水施工前應(yīng)在鉆場附件20 m范圍內(nèi)布置一個(gè)臨時(shí)水倉，水倉設(shè)計(jì)容積為40 m3，臨時(shí)水倉內(nèi)配備2臺(tái)功率為45 kW的臥式排水泵，并通過排水管路與采取水倉連接。

3) 在放水前應(yīng)對鉆場煤壁采取加固措施，若頂板相對穩(wěn)定。煤壁無片幫現(xiàn)象時(shí)，可對鉆場支設(shè)一排木柱，若煤壁片幫嚴(yán)重時(shí)可對煤壁采取注漿加固處理，并對頂板安裝L型鋼棚進(jìn)行加固，如圖3所示。

圖3 鉆場L型鋼棚結(jié)構(gòu)及安裝剖面示意圖(mm)

4) 在放水過程中應(yīng)安排專職的瓦斯監(jiān)測孔對鉆場附近有害氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)鉆場或鉆孔內(nèi)瓦斯異常時(shí)必須立即撤人，并加強(qiáng)通風(fēng)。

5) 在進(jìn)行探放水施工過程中應(yīng)實(shí)時(shí)掌握鉆孔鉆進(jìn)深度，穿層巖性，掘進(jìn)至積水區(qū)時(shí)應(yīng)測量鉆孔終孔深度，并進(jìn)行詳細(xì)記錄及對比分析。

6) 在放水過程中應(yīng)控制好水壓，當(dāng)水壓較大時(shí)應(yīng)采用反壓法進(jìn)行放水施工，放水完成后應(yīng)采用補(bǔ)充鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，并采用水泥砂漿對鉆孔進(jìn)行封孔處理。

7) 放水完成后應(yīng)計(jì)算放水量，并通過施工校驗(yàn)孔對積水區(qū)是否放水充分進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)孔參數(shù)與探水鉆孔參數(shù)相同。

4 結(jié)語

截止2020年2月，15108運(yùn)輸順槽已掘進(jìn)到位，巷道在掘進(jìn)過程中共計(jì)施工32個(gè)探水鉆孔，共計(jì)探放上覆3#采空區(qū)積水量為4 233 m3，通過對巷道采取探放水施工設(shè)計(jì)后，巷道后期掘進(jìn)過程中單未出現(xiàn)大面積淋水現(xiàn)象，提高了巷道頂板穩(wěn)定性，徹底解決了上覆3#采空區(qū)水害隱患，保證了巷道安全快速掘進(jìn)，取得了顯著應(yīng)用成效。