掘進巷道超前鉆探設計應用

司金文

（晉能控股煤業集團南河煤礦，山西 高平 048000）

晉能控股煤業集團南河煤礦15108運輸順槽位于井田一采區，巷道北部為井田邊界留設保安煤柱，南部為三條采區大巷，東部為井田邊界，西部為15106工作面采空區。

15108運輸順槽設計長度為1660 m，巷道設計斷面規格寬×高為4.5 m×3.2 m，巷道掘進煤層為15號層，平均厚度為3.15 m。巷道偽頂主要以泥巖為主，平均厚度為0.4 m；直接頂主要以灰巖為主，平均厚度為2.5 m；基本頂主要以砂巖為主，平均厚度為11.2 m。15108運輸順槽采用綜合機械化掘進工藝，截至目前巷道已掘進400 m。

根據《礦井水文地質類型劃分報告》，我礦回采15號煤層，可導通至3號煤層采空區，通過報告分析得出礦井主要充水因素為大氣降水、3號煤層采空區積水、石炭系太原組灰巖巖溶裂隙含水層。為了保證巷道掘進安全，巷道掘進前期決定采用探放水施工，但是通過前期探放水施工效果來看，巷道探放水施工后頂板仍會出現局部淋水現象，威脅著巷道安全掘進。

1 巷道掘進前期探放水施工主要存在的問題

1）設計人員設計不合理：設計人員在對巷道進行探放水設計時，未能結合巷道的實際地質構造進行設計，導致設計的鉆孔數量、深度及布置有誤差，均未能取得良好的效果，給后期的掘進帶來較大的安全隱患。

2）鉆孔封孔工藝不合格：15108運輸順槽掘進的煤層屬石炭系煤層，煤質較軟且不穩定，給后期探放水的施工造成一定的影響。根據地質報告顯示，15108運輸順槽的孔口往里14 m內會形成原巖應力區、卸壓區、應力破壞區等，而前期巷道探放水的的封孔距離為9 m，封孔終孔位置位于應力破壞區內，會造成探放水孔內的水在水壓的作用下流入孔口管以里的煤體，并且封口時的膨脹水泥不能有效填堵深度裂隙，導致封孔質量差。

3）采取的措施不合理：施工人員在進行探放水時，只是采用臨時支護的方式在工作面頭部施工一排單體柱，使得煤壁受水壓及采動影響常常出現煤壁大面積垮落，造成頂板事故。

2 探放水設計優化

2.1 鉆探設備選擇

15108運輸順槽采用ZY-750D型液壓鉆機進行探水鉆孔施工，配套長度為1.5 m，直徑為63 mm中空鉆桿，直徑為75 mm導向鉆頭和直徑為130 mm的擴孔鉆頭，鉆機參數如表1所示。

表1 ZY-750D煤礦用全液壓鉆機及配套設備主要技術參數

2.2 鉆孔布置

1）由于15108運輸順槽采用底板平行掘進方式，工作面鉆孔以扇形的方式進行施工。施工人員為了確保巷道兩側的水不會對施工造成影響，在工作面上、下兩排分別施工兩排探放水孔，這樣能夠對巷道頂板及四周的積水進行探放。

2）每排布置三個探水鉆孔，下排為迎頭探水孔（1號-3號），上排為頂板探水孔（4號-6號）。每個鉆孔深度為100 m，直徑為75 mm，孔間距為1.0 m，排距為0.5 m。其中頂板探水孔仰角為12°，如圖1所示。探水鉆孔施工后巷道每掘進70 m進行一次探水鉆孔施工，超前距為30 m。

圖1 15108運輸順槽探水鉆孔平、剖面示意圖（mm）

2.3 鉆孔封孔工藝優化

為了解決傳統膨脹水泥封孔時出現的封孔牢固性差、放水時孔口管出現竄動等技術難題，決定采用兩堵一注封孔工藝。

1）為了保證封孔質量，優化后封孔長度確定為12 m，采用導向鉆頭進行封孔段施工，施工長度為14 m，施工到位后更換為擴孔鉆頭進行擴孔施工，擴孔深度為14 m，擴孔后孔徑為130 mm。

2）擴孔完成后首先在擴孔段安裝孔口管，長度為12 m，然后在孔底及孔口處分別安裝一個PKN型封孔器，使得孔口管與孔壁之間形成一個環形封堵空間，如圖2所示。

圖2 15108運輸順槽探水鉆孔封孔示意圖（mm）

3）采用注漿泵向環形封堵空間內高壓注入XZFKL-I型化學注材料，注漿壓力為1.5 MPa，注漿3 h后對封孔段進行注水耐壓試驗，注水壓力為2.0 MPa，耐壓試驗合格后鉆孔方可繼續施工。

3 安全技術措施

3.1 鉆場煤壁支護措施

為了避免在探放水期間頂板發生垮落影響施工人員的安全，施工人員采用玻璃鋼帶及錨桿對煤壁進行支護。

1）施工人員在每個鉆孔的四周成“井”字型安裝四根柔性玻璃鋼帶，其中橫向安裝的兩根鋼帶的長度、寬度分別為2.5 m×0.15 m，且安裝3根錨桿，縱向安裝的兩根鋼帶的長度、寬度設計為1.5 m×0.15 m，且安裝2根錨桿，錨桿的間距控制在1 m，如圖3所示。

圖3 15108運輸順槽鉆場煤壁支護平面示意圖（mm）

2）在鉆孔周圍的頂板處施工8個深度為3 m的超前支護鉆孔，鉆孔之間的距離為0.5 m，待全部鉆孔施工完畢后，施工人員依次向鉆孔內安裝長度為3.5 m的玻璃鋼錨桿，并填充錨固劑進行錨固。

3）當頂板及煤壁支護完畢后，施工人員在煤壁前半米的位置施工一排單體柱，同時還需挖掘一處儲水池。

3.2 其他安全技術措施

1）鉆機與液壓泵進行連通時，要關閉鉆機控制閥及液壓泵上的截止閥，鉆機安裝前要對周圍浮煤進行清理。

2）施工人員在進行鉆孔作業時，要把控好鉆機的角度及壓力，時刻專注鉆機壓力、鉆孔回水量，發現鉆機異常或出水量不穩定時及時停機。

3）在施工作業時鉆機出現卡頓、鉆桿出現彎曲時，施工人員要及時將鉆機的離合器松開，對鉆頭進行觀察，發現鉆孔有磨損或崩片的情況及時更換鉆頭。

4）在探放水作業時還需安排有經驗的瓦斯監測人員時刻對鉆孔的瓦斯進行監測，同時工作人員還需配備便攜式瓦檢儀。

5）在掘進時要根據巷道的實際地質構造調整鉆孔的布置，在保證安全探放水的同時對巷道所有的范圍進行全方位探放水。

6）如鉆孔內出現流水的情況時，工作人員要對該鉆孔進行放水實驗，同時對放水的壓力、流量、水質進行檢查。

7）施工作業前要對孔口管進行全面檢查，確保各配件的完好性，防止水壓過大影響后期作業，同時在水壓較大的放水孔安裝兩套安全閘門。

8）在進行探放水前，施工人員要熟知巷道的避災路線，同時在巷道周圍挖掘一處水倉并留放備用水泵。

4 結語

截至2019年6月15108運輸順槽已掘進到位，通過對巷道探放水施工設計進行優化后，巷道在后期掘進中共計施工48個探放水鉆孔，其中19個為濕孔，29個為干孔，給放水量為3217 m3，經驗證上覆3號采空區積水已充分探放，巷道在后期掘進中頂板未出現淋水現象，基本消除了3號采空區技術水患影響，保證了巷道后期安全快速掘進，在應用效果上取得了顯著成效。

（編輯：武倩倩）