煤矿掘进工作面探放水施工方案浅析

马占良

摘要：众所周知，煤矿能源与人们生活、生产密切相关。数据显示，煤炭井下透水事故在各重特大事故中占有很大的比例。每一次透水事故的发生，都是在提醒煤矿技术管理人员探放水工作的重要性，在加强煤矿企业生产经营管理的同时，应当对探放水工作给以足够的重视，尽量杜绝井下透水事故的发生。

关键词：煤矿掘进工作面;探放水;施工方案

引言

探放水作为防治水工作最为直接有效的手段，在其中占据举足轻重的地位，长距离大范围的探放水工作在一定程度上难以控制由小煤窑采空巷道积存的水害。国内目前推广的定向钻进技术在煤矿在探放水实际探放水工作中，存在施工周期长、成本高、钻场要求高等实际问题，且在靶区本身不准确的情况实施定向钻进效果难以评价，对矿井的适应性不强。

1工程概述

A矿1208运输巷道位于井下第二采区，巷道东侧为已完成回采的1207作业面，西侧为未开采煤层，南侧为井田边界，北侧为采区运输大巷。1208运输巷道掘进施工沿3#煤层底板进行，巷道设计长度为1200m，设计截面尺寸（长×高）为5200mm×3600mm。A矿1208运输巷道在掘进作业中掘进至270m处时，其采空区侧巷帮发生渗水现象，渗水量为1.5m3/h。借助钻探发现，渗水水源为已回采煤层采空区积水，含水量预估超过2600m3，水压达到0.68MPa。当巷道掘进至340m处时，巷道顶板出现淋水现象，并随着巷道的持续开拓而不断增强;当巷道掘进至360m处时，顶板淋水量已达1.7m3/h，对巷道正常掘进造成严重影响。通过井下地质三维勘探可知，顶板淋水主要来源为顶板覆岩裂隙含水，含水量预计在5000m3左右，水压可达1MPa以上。有鉴于此，为了确保巷道掘进的安全性和有效性，设计对1208运输巷道进行超前探放水作业。

2煤矿掘进工作面探放水施工方案

2.1探放水钻孔布设参数设计

1208运输巷道掘进面探放水施工所用设备为型号KHYD-75的电动钻机，配套使用直径65mm、长度1500mm的钻头和直径75mm的三翼探头。其中，顶板超前钻孔布设参数为：a）在作业面迎头布设探水钻孔一排，共5个，每个钻孔的钻设深度为100m，钻孔直径为75mm，钻孔布设间隔为1000mm，钻孔与顶板间隔为1500mm。b）所有钻孔与顶板呈10°仰角布设。1#钻孔与巷帮呈0°夹角，2#和4#钻孔与巷帮呈10°夹角，3#和5#钻孔与巷帮呈20°夹角。图1即为巷道超前探放孔布设示意图。c）在完成超前探放水钻孔的布设施工后，可向前试探掘进作业70m，超前距与帮距分别为30m和20m。在试探掘进范围内，各钻孔终点位置在横剖水平面上的间隔均不超过3m。巷帮超前钻孔布设参数为：a）为了有效规避相邻采空区积水对巷道掘进的威胁，特对巷道掘进面采空区侧布设超前钻孔，钻孔深度全部为50m，钻孔直径为75mm，钻孔布设间隔为20m。b）巷道采空区侧巷帮钻孔布设在巷道底板上部1000～2000mm处，并且相邻的钻孔采用迈步式布设方式，迈步间距为1000mm，各钻孔与巷帮夹角为5°。1208运输巷道超前探放水钻孔布设情况如图1所示。

2.2封孔工艺设计

A矿1208运输巷道掘进作业超前探放水钻孔封孔作业选择聚氨酯封孔工艺，单孔封孔长度不小于11m。作业时，首先视同钻孔钻进12m，随后停止并改用直径120mm的扩张钻头进行扩孔作业，钻孔经扩孔后其直径变为120mm。钻孔完成扩孔作业后，在孔内布设孔口管，孔口管长度3000mm，直径108mm，共布设3根，相连的2根孔口管使用丝扣连接。完成孔口管布设后，在煤壁与底部管之间的间隙内充填膨胀水泥进行封堵，封堵长度为500mm，完成对孔口管底部的封堵后再埋入注浆小管，并使用高压注浆泵对其进行注浆作业，注浆浆液即为聚氨酯黏合剂，注浆作业压力为1.2MPa。当注入的浆液与孔口间隔接近500mm时，立即停止注浆，并改用膨胀水泥封堵钻孔。完成钻孔封堵后，要通过高压注水对封孔段进行耐压测试，注水压力为2MPa，注水时长为5min。在高压注水过程中，如果钻孔孔口附近始终无煤体渗水现象，则证明封孔作业合格。全面完成钻孔的施工布设后，在孔口管外露端部布设压力表和压力阀门。

2.3其他

下列情况长探钻孔深度可以低于120m。

（1）巷道调向超过45°以上时，钻探超前距不小于30m。

（2）沿煤层顶板（或底板）掘进，遇掘进前方煤层呈向斜（或背斜）分布时，探放水钻孔进入煤层底板（或顶板）必须达到垂厚10m、超前距不小于30m。

（3）施工小型掘进工程时，探放水钻孔控制区域必须超过掘进巷道最外缘的30m。

（4）间距不超过30m的两条平行巷道之间施工联络巷、贯眼，经分析确实不存在水患威胁时，可以不施工探放水。

3超前探放水效果分析

整个1208运输巷道掘进施工期间，共计布设顶板超前探放水钻孔45个。在巷道掘进330～510m区间内布设的顶板探放水钻孔共有4个出现流水现象，其流水水压达到0.88MPa，共计疏排水量为2200m3;在巷道掘进850～1090m区间内布设的顶板探放水钻孔共有6个出现淋水现象，淋水水压为0.65MPa，共计排放水量为2500m3;剩余35个钻孔全部为干孔。借由验证分析，排放出的水量与预计的顶板裂隙水量基本相同，確定为顶板裂隙水。同时，整个1208运输巷道掘进施工期间，在巷道帮侧共布设巷帮探放水钻孔47个。在巷道掘进610～890m区间内布设的巷帮钻孔共有12个出现流水现象，共计排放水量为1810m3;剩余35个钻孔全部为干孔。排放水量与预计采空区积水基本相同，确定为采空区积水。通过对整个1208运输巷道顶板和巷帮的有效探放水作业，实现了对巷道周边水害隐患的全面消除。巷道掘进布设施工期间，未出现任何顶板淋水或巷帮渗水现象，同时，通过超前探放水作业，巷道掘进作业速率明显改善，巷道掘进速率从原本的4.1m/d增加至8.6m/d，矿井综合效益明显提升。

结语

煤矿探放水工作是最为直接和有效的煤矿防治水手段，但实际的施工操作过程中，常常会遇到靶向确定困难、成孔控制难度大等问题，这就需专业技术人员经常深入现场指导施工，不断总结各类问题解决的方案。在相似条件下探放水施工往往具有相似的一般规律，寻找适合矿井实际的施工方法可有效提高钻孔精度，同时结合钻孔轨迹探测和孔内成像技术可以形象直观的掌握孔内情况，从而实现对钻探目标的精确控制，做到心中有数。通过一系列的过程管理，实现探放水工作的精准高效，为矿井安全生产保驾护航。

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（作者单位：冀中能源峰峰集团孙庄采矿公司）