沿空掘巷探放水技術優化提升探析

郭成民

(鄭煤集團公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

豐富的煤炭資源為我國提供了較為充足的能源支撐，但是從我國煤炭資源的開采來看，煤礦水源地質較為復雜，導致在煤礦生產的過程中，容易出現較多的礦山水害，特別是采空區內聚積的老空水，對煤礦生產安全性帶來較大的威脅。通過采取高質量的探放水技術，使巷道探放水技術得到了優化，較好提升了巷道探放水效果。

1 工程概況

白坪煤業21071上順槽在設計時，均設計在上階段開采后的卸壓區，留設的煤柱寬度為3～5 m，也就是沿空掘巷，采取這種方式，不僅可有效降低礦山壓力對整個煤柱帶來的影響，同時也有助于提升煤炭的開采效率，較好克服采掘工作中出現的接替緊張問題。白坪煤業21071掘進工作面采取了探放水工作，在采空區中存有一定量積水，同時，從上區段已采工作面水文地質資分析，采空區積水不但有大量的凈儲量，而且空區還處于頂部砂巖動態補給的狀態，從動水的補給情況來看，補給量在20 m3/h左右，且出水點較為分散。從開采情況來看，如何實現巷道安全開掘是影響巷道開采的重要因素。

2 巷道積水情況分析

白坪煤業21071工作面上部有3個已經開采完成的工作面，且已經開采的工作面在開采的過程中并沒有受到采空區水害的威脅，從對已經開采完成的工作面采掘工作來看，采空區內存在較為明顯的頂板砂巖動水補給的問題，從現場測算來看，采空區的富水系數在10%，采空區積水量接近3.6萬m3，最大的水壓接近0.4 MPa。從這些數據可看出，21071工作面在開采的過程中容易受到采空區積水的威脅，特別是老空水出現突出的危險，需要在沿空掘巷的過程中，對巷道探放水技術進行全面的優化與提升，更好保證煤礦采掘的安全性。同時，技術人員對21071掘進工作面周邊的地質情況、水文情況及采空區情況進行了全面的調查研究，主要調查的內容不僅有煤層的產狀等，還對周邊可能導致突水的因素進行了全面系統分析，將采空區中的補給量、積水水頭高度等進行了計算分析。這個過程中，還對工作面煤層頂板巖性組合特征進行了分析，圈定出了采空區積水的范圍。

3 巷道探放水技術優化提升措施

3.1 探水技術優化提升措施

為最大限度地實現對采空區中積水的探放，在21071工作面掘進的過程中，在上順槽中設計了14個回次探放水，每個回次探90 m掘進60 m，主要疏放凈儲量積水，回次范圍內存在動水補給時再布置站點疏放動儲量積水，在具體施工的過程中，根據現場施工情況對鉆孔的個數、方位等進行針對性的調節，主要介紹回次范圍的內站點疏放水設計施工情況。

1)對鉆孔布置進行全面優化。主要是對局部采空區存在頂板動水補給段進行施工，之后根據煤層傾角的不同，間隔15～20 m，開始施工下個鉆孔，等鉆孔確認采空區內不受動水威脅后，則可以取消回次內站點探放水工作。

2)鉆孔的參數。在每個站的位置，根據動水量補給情況設計鉆孔方位2～4個，在每個方位設置鉆孔2個左右，主要是根據鉆孔所在位置的實際情況進行針對性的調整，在現場設置時，鉆孔開口的位置和底板之間的距離控制在1.5 m左右，在整個平面上，鉆孔呈扇形布置，鉆孔之間的夾角控制在20°，鉆孔的傾角根據煤層的傾角進行設置，每個孔終孔原始煤層頂板以上15 m。在進行鉆孔的打設時，開孔的直徑控制在75 mm，其中需要設置套管，在鉆孔終孔之后，直徑控制在65 mm左右。每個鉆孔的深度控制在30～50 m。

3)選擇鉆探設備。根據21071工作面的實際地質情況，從白坪煤業當前的鉆探設備出發，在確保鉆探效果的基礎上，本次選擇使用150型全液壓鉆機進行施工，選擇使用的鉆桿直徑為50 mm。

4)技術人員在將直徑75 mm的套管下入到其中后，控制長度超過6 m，在必要的情況下，技術人員可以將長套管加入到其中，可設置二級結構，將水閘門裝上，也可以在套管上安裝厚度較厚的麻線或海帶，確保套管全部進入到煤孔之后，與整個煤體可以實現緊密接觸，選擇使用鐵絲在套管口的位置將立柱全部固定好。在鉆進的過程中，如果出現了卡鉆或者掉鉆及其他情況時，鉆孔可能出現報廢的問題，這種情況下，技術人員應當重新進行鉆孔的打設。圖1為孔口管安裝示意圖。

圖1 孔口管安裝示意圖

在成孔的過程中，本次對成孔的工藝進行了針對性的優化，開孔選擇直徑93 mm鉆頭進行鉆孔，鉆進6.5 m后拔出鉆桿，將控水閥門、孔口管全部打入到鉆孔中之后，再選擇使用直徑65 mm鉆頭繼續打孔，在成孔了之后，將鉆桿全部拔出來，然后將引水管全部套上。選擇使用這種方式的主要優勢是，可以有效防止由于鉆孔出水一段時間后出現塌孔而導致鉆桿不能順暢拔出的問題，或者在將鉆桿拔出了之后，放水控制器不能及時打入到其中，導致出現了煤壁坍塌的問題，從而導致在掘進的過程中側幫涌水亂流沖刷煤壁，造成支架懸空，影響巷道安全掘進。

3.2 放水技術優化提升措施

1)探水施工前檢查21071上順槽排(流)水路線，通過上順槽臨時排水陣地全部排入到21下部水倉中，對于排水的水路，通過設置鐵制水槽的方式進行排水，水槽在制作的過程中，應當確保嚴密性，防止出現漏水的問題。在每次進行探水時，施工人員應當在探水地點之外的5m位置挖一個沉淀池，同時需要安排專人負責對排水溝、沉淀池中的淤泥進行全面的清理。

2)在探放水的過程中，若水流通過巷道時，坡度超過了5°，為保證巷道支護的穩定性，施工人員應當選擇使用工字鋼和鋼絲等對支架采取連鎖加固的方式進行加固。對于巷道底部可選擇使用編織袋進行鋪地施工，在鋪地時，應當設置為兩邊高、中間低的模式。同時，對探放水的水路通過巷道的“丁字口”或者“交叉點”時，技術人員應當對巷底柱窩進行針對性的連鎖加固或者澆灌。本次設置的澆灌長度為5 m，厚度設置為20 cm，選擇使用剛性連鎖的方式進行加固，長度設置為5 m。

3)為了更好地對整個排水系統進行優化，本次在排水的過程中，施工人員開挖了水泵窩。在巷道地勢最低的位置，開挖水泵窩，主要便于在放水之后，技術人員可以將水引入到水泵窩中，然后在水泵窩中進行集中排水。本次在排水時，系統包含有2臺水泵，排水泵和排水管路均一用一備，通過三通的方式，與排水管線進行連接。

此外，在放水施工的過程中，技術人員鉆孔出水流入到井下水倉中，這個過程中，設置了專門維護人員對整個泵房的排水系統工作情況進行全面的維護，確保整個排水設置可正常運行。為了更好地提升整個系統的防水效率，探水孔在打設時，數量可適當增加，若出現了水量變小的問題，技術人員應當將防水控制器關閉，然后開始掘進施工。在掘進距離超過探放水距離10 m后，技術人員應當將防水控制器打開，一邊掘進，一邊進行放水，在水量下降后，技術人員應當定時選擇使用錨索釬子對孔進行捅孔，主要目的是為了將采空區中的積水排干凈。在將水全部排干凈之后，選擇使用黃泥進行封孔施工。

4 結語

通過選擇使用上述探放水技術優化措施，在本次探放水的過程中取得了較好的效果，特別是在動水補給條件下如何保證安全掘進，減少對掘進施工的影響較為明顯。隨著煤炭開采深度的不斷提升，全面提升巷道掘進過程中探放水的效果非常關鍵，在具體施工的過程中，技術人員需要采取針對性的措施，對探放水技術進行不斷的優化與提升，從而更好地保證施工的效果，提升探放水的安全性。