巷道掘進(jìn)工作面探放水技術(shù)的研究及實(shí)施

郝鵬飛

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司，山西 朔州 038300）

0 引言

煤炭是我國的主要能源形式，對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的支撐作用。在煤炭的開采過程中，多采用井工作業(yè)的方式進(jìn)行地下開采。在開采過程中，煤礦受到地質(zhì)水災(zāi)害的影響，是影響煤礦安全的重大隱患[1]。進(jìn)行煤礦開采巷道掘進(jìn)的過程中，為保證煤礦后續(xù)開采的安全，避免受到地質(zhì)水害的影響，必須在巷道掘進(jìn)階段進(jìn)行煤礦的探放水作業(yè)，從而將地下危險水害排除[2]。針對某煤礦掘進(jìn)過程中的探放水防治技術(shù)進(jìn)行研究分析，依據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)情況進(jìn)行水害來源的分析，并據(jù)此制定相應(yīng)的探放水技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)施[3]，保證煤礦的安全開采。

1 煤礦巷道掘進(jìn)的地質(zhì)概況

以某煤礦的工作面探放水為例對煤礦掘進(jìn)的探放水進(jìn)行分析，礦井主采煤層為9#、15#煤層，煤層中富含瓦斯量較高，為保證開采安全，降低工作面的瓦斯含量，采用高抽巷對瓦斯進(jìn)行抽采[4]。煤礦開采工作面布置如圖1 所示，15104 工作面高抽巷布置在15#煤層上不的頂板巖層中，距離工作面45 m，距離9#煤層采空區(qū)約為12.3 m[5]。掘進(jìn)過程中，巷道為矩形斷面，其長度為990 m，寬度為2.5 m，高度為2.6 m，采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)的方式進(jìn)行巷道支護(hù)[6]。

圖1 工作面巷道布置與煤層的位置關(guān)系示意圖

對15104 工作面的水害來源進(jìn)行分析，奧灰水位+500 m，工作面的標(biāo)高開口處為+1 000 m，開采過程中的高抽巷在工作面上部45 m 位置處[7]，要高于奧灰水位545 m，在巷道掘進(jìn)過程中中間的地質(zhì)結(jié)構(gòu)形成了較好的隔水層，保證了掘進(jìn)過程中不受奧灰水的影響。

15104 工作面進(jìn)行高抽巷道掘進(jìn)的過程中，要經(jīng)過多個采空區(qū)，巷道掘進(jìn)成為與9#煤層之間的距離為12.3 m[8]，依據(jù)煤礦的水文資料查詢，920 采空區(qū)的積水量約為1 380 m3，其余位置的采空區(qū)呈南北方向回采，工作面的長度為350 m，工作面長度方向上的高度差約為50 m，存在著老空區(qū)積水的問題[9]。工作面高抽巷掘進(jìn)過程中受到老空區(qū)積水的影響作用。

15104 工作面的地質(zhì)概況賦存3 層發(fā)育成熟的石灰?guī)r，從上向下分別分布有猴石灰?guī)r、錢石灰?guī)r、四節(jié)石灰?guī)r[10]。在地質(zhì)探查過程中發(fā)現(xiàn)灰?guī)r的含泥量較高，裂隙的發(fā)育較小，沖洗過程中耗液較少，含水層的富水性較差[11]，對工作面巷道掘進(jìn)的影響作用較小。

通過上述分析可知，工作面進(jìn)行巷道掘進(jìn)過程中的水質(zhì)災(zāi)害主要受到老空區(qū)積水的影響，為保證高抽巷掘進(jìn)的安全，需對工作面進(jìn)行探放水作業(yè)，避免工作面發(fā)生水質(zhì)災(zāi)害，影響煤礦后續(xù)的開采安全。

2 礦井工作面探放水作業(yè)設(shè)計及實(shí)施

2.1 工作面探放水作業(yè)設(shè)計方案

15104 工作面高抽巷進(jìn)行探放水分析，采用物探+鉆探相結(jié)合的方式進(jìn)行水質(zhì)探測，首先采用YD400 探測儀對工作面位置進(jìn)行超前探測，確定探測工作面的掘進(jìn)方向前方80 m 范圍內(nèi)是否存在電阻值較低的異常區(qū)域[12]，從而依據(jù)探測的數(shù)據(jù)對工作面進(jìn)行探放水作業(yè)方案設(shè)計。

鉆探作業(yè)采用ZLJ-400 型礦用煤巖鉆機(jī)，配置直徑40 mm，長度1 000 mm 的鉆桿，直徑45 mm 鉆頭進(jìn)行鉆孔作業(yè)。進(jìn)行探放水作業(yè)中，對工作面探水孔的布置如圖2 所示。在掘進(jìn)工作面的掌頭方向上布置3 個探水孔，分別為1～3#孔，其中1#孔位于巷道的中間位置處，2#及3#孔距離巷道的左右兩側(cè)為0.35 m，高度為1.3 m，3 個孔之間的間距為1 m。3 個鉆孔中1#孔沿著巷道的中心位置設(shè)計施工深度為70 m，從而對巷道正前方區(qū)域的地下水進(jìn)行探測，2#孔及3#孔相對巷道的中心位置為17°夾角，呈扇形分布的形式，從而對巷道兩邊側(cè)位置的地下水質(zhì)進(jìn)行探測，鉆孔的走向俯視，如圖3 所示。

圖2 探水孔的平面布置示意圖

圖3 探水孔俯視走向示意圖

2.2 工作面探放水作業(yè)施工要求

在進(jìn)行工作面的探放水作業(yè)施工過程中，要依據(jù)設(shè)計的方案進(jìn)行嚴(yán)格的施工作業(yè)，探放水的距離向前探70 m 掘進(jìn)距離40 m，如圖4 所示。在每次進(jìn)行探放水鉆孔作業(yè)時，要保證前方的超前距離為30 m，從而保證掘進(jìn)工作的安全進(jìn)行。進(jìn)行施工過程中，對掘進(jìn)工作面的掌頭進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的檢查管理，保證鉆孔探水作業(yè)的持續(xù)進(jìn)行。在進(jìn)行鉆孔作業(yè)時，若工作面的掌頭受到煤層傾角變化的影響，此時應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際工況條件，實(shí)時對超前鉆孔的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并對調(diào)整后的鉆孔參數(shù)進(jìn)行標(biāo)注記錄，依據(jù)修改的設(shè)計內(nèi)容對工作面進(jìn)行鉆孔探水。

圖4 工作面探測距離示意圖

在進(jìn)行探放水作業(yè)過程中，若出現(xiàn)了地下水，則需設(shè)計相應(yīng)的排水系統(tǒng)對水源處進(jìn)行疏導(dǎo)處理。依照常規(guī)的出水量進(jìn)行統(tǒng)計單孔常規(guī)的出水量為1 m3/h，最大出水量可達(dá)3 m3/h，排水系統(tǒng)的路線為工作面-1#采區(qū)軌道巷道-豎井-地面。

2.3 工作面探放水作業(yè)安全措施

對掘進(jìn)工作面進(jìn)行探放水作業(yè)，必須采區(qū)相應(yīng)的安全措施，保證作業(yè)及人員的安全。在進(jìn)行施工作業(yè)過程中，要對巷道周邊的施工環(huán)境進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測，特別是頂板及圍巖的變化情況，防止頂板發(fā)生冒落或者圍巖的脫落。在鉆孔探水過程中，若出現(xiàn)煤層松軟或者水壓增加等現(xiàn)象時，則應(yīng)立即停止施工，并記錄鉆孔的深度，將鉆桿進(jìn)行固定，避免鉆桿拔出，需通過專人對出水情況進(jìn)行監(jiān)測。在作業(yè)過程中，應(yīng)對出水的前兆加強(qiáng)檢查，若出現(xiàn)出水征兆，應(yīng)及時采取相關(guān)措施，調(diào)查出水原因，在原因不明之前，不得繼續(xù)施工。在巷道工作面進(jìn)行鉆孔過程中會引起工作面內(nèi)的瓦斯?jié)舛仍黾樱杓訌?qiáng)對瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測，并加強(qiáng)通風(fēng)，避免瓦斯?jié)舛壬撸ＷC工作面的掘進(jìn)安全。

3 結(jié)論

1）對15104 工作面的水質(zhì)狀況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，工作面掘進(jìn)過程中主要受到來自老空區(qū)的積水影響，對巷道的掘進(jìn)存在安全隱患，需進(jìn)行探放水作業(yè)。

2）依據(jù)巷道的實(shí)際地質(zhì)條件，進(jìn)行探放水作業(yè)方案的設(shè)計，采用物探和鉆探結(jié)合的方式，在掌頭方向上進(jìn)行3 個探水孔的鉆孔設(shè)計，保證超前距離為30 m，并對巷道前方及兩側(cè)的水質(zhì)進(jìn)行探測。

3）采取相應(yīng)的安全措施保證探放水的作業(yè)安全，經(jīng)過鉆孔作業(yè)，涌水量由初始的6 m3/h 下降為0.5 m3/h，說明了老空區(qū)的積水以靜態(tài)的儲存水為主，可以通過探放水作業(yè)消除工作面的水質(zhì)安全隱患。