掘进巷道探放水技术应用分析

孟志彬

(山西煤炭运销集团南河煤业有限公司，山西 高平 048400)

引 言

巷道掘进施工前必须采用物探、钻探等技术手段，明确掘进区域水文地质条件，巷道掘进过程中必须采取合理有效的探放水施工设计，对巷道四邻可能存在的水害进行疏水降压，只有这样才能保证巷道安全快速掘进，防止透水事故发生；但是在实际煤矿探放水施工过程中，受使用条件、钻探技术水平、防治水人员责任心等影响，探放水施工设计不合理，主要表现在钻孔数量不足、钻孔位置不正确、钻孔封孔质量差、探放水安全技术措施不到位等，导致巷道掘进过程中水害事故频繁发生，造成煤矿重大经济损失[1-5]。本文以南河煤矿15108运输顺槽掘进为例，对巷道掘进期间采取了合理有效的探放水施工设计。

1 概述

山西煤炭运销集团南河煤业有限公司15108运输顺槽位于井田一采区，工作面北部为井田边界留设保安煤柱，南部为三条采区大巷，东部为井田边界，西部为15106工作面采空区。

15108运输顺槽设计长度为1 660 m，巷道断面规格为4.5 m×3.0 m(宽×高)，巷道掘进煤层为15#煤层，煤层平均厚度为3.15 m，巷道采用掘进机掘进施工工艺，截止目前巷道已掘进557 m。

根据《矿井水文地质类型划分报告》，该矿回采15#煤层，可导通至3#煤层采空区，通过报告分析得出该矿主要充水因素为大气降水、3#煤层采空区积水、石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层。15108工作面上部3#煤层采空区积水，已做井下疏放水钻孔验证，无明显范围积水，但老巷局部低洼处少量积水可以通过导水裂隙带导入15#煤层。

受上覆含3#煤层采空区积水影响，巷道在掘进前期出现顶板淋水现象，在淋水作用下巷道顶板岩体出现软化现象，局部破碎且伴随着冒落，威胁着巷道掘进安全。

2 探水钻孔施工及封孔工艺

2.1 探水钻孔施工工艺

1) 常规钻孔布置参数：15108运输顺槽ZLJ650型钻机进行钻探施工，该钻机最大钻探深度为130 m，钻孔最大允许角度为27°，采用钻杆直径为42.5 mm，导向钻头直径为75 mm，扩孔钻头直径为127 mm。15108运输顺槽迎头共计施工3个常规探水钻孔，1#钻孔位于巷道中央且距底板1.5 m，2#、3#钻孔位于巷道两侧且距底板1.5 m，3个钻孔呈扇形，仰角为17°，间距为1.5 m。

2) 补充探水钻孔布置参数：探水钻孔的工艺采用长探与补探结合的方式，施工人员在巷道顶部两个扇形布置补探钻孔(4#、5#)，钻杆及钻孔的直径分别为42.5 mm及75 mm。其中，4#、5#钻孔距顶板距离1.0 m，间距为2.0 m，钻孔仰角为17°，第162页如图1所示。

图1 15108运输顺槽探水钻孔布置示意图(mm)

3) 钻孔深度：根据15108运输顺槽顶板岩性，以及与上覆3#采空区层间距，决定将巷道常规探水钻孔深度设计为120 m，巷道允许掘进距离为70 m，超前距为50 m。补充探水钻孔设计深度为100 m，允许掘进距离为30 m，超前距离为70 m，巷道每掘进30 m进行一次补探。

2.2 探水钻孔封孔工艺

1) 封孔长度确定：由于15108运输顺槽掘进煤层为15#煤层，煤层稳定性相对较差，通过采用窥视仪对钻孔壁完整情况观察发现，在孔口往里3.0 m范围内孔壁岩体破碎严重，存在局部塌孔现象；在3.0 m～8.5 m范围内孔壁岩体高度裂隙发育，在8.5 m～11.7 m范围内孔壁岩体局部裂隙发育；在11.7 m后孔壁围岩成岩性好，所以确定钻孔封孔长度为12 m。

2) 采用合金钻头进行导向钻孔施工，导向钻孔直径为75 mm，钻孔施工12.5 m后停止钻进，更换为直径为127 mm扩孔合金钻头，并进行扩孔施工，扩孔深度为12 m，扩口后孔径为130 mm。

3) 扩孔完成后对扩孔段安装孔口管，每节孔口管长度为3.2 m，共计安装4节，孔口管为镀锌钢材，管直径为108 mm，孔口管安装在孔口管外露段依次安装水压表、阀门以及2寸卸压水管，如图2所示。

图2 孔口管安装示意图

4) 孔口管安装后对管与孔壁间隙处充填聚氨酯黏合剂，并采用丝带、棉布进行封孔处理，封孔4 h后对钻孔进行耐压试验，注水压力控制在1.0 MPa～1.5 MPa范围内。

3 探放水施工安全技术措施

1) 钻孔在施工过程中应实时掌握钻孔的钻进长度、直径、位置、方向、角度等参数，在进行钻孔作业时要在钻杆上做好钻孔深度的标志，当钻孔钻到设计深度时施工人员要及时停钻，并将钻孔内的煤泥清洗干净。

2) 探放水施工前应在钻场附件20 m范围内布置一个临时水仓，水仓设计容积为40 m3，临时水仓内配备2台功率为45 kW的卧式排水泵，并通过排水管路与采取水仓连接。

3) 在放水前应对钻场煤壁采取加固措施，若顶板相对稳定。煤壁无片帮现象时，可对钻场支设一排木柱，若煤壁片帮严重时可对煤壁采取注浆加固处理，并对顶板安装L型钢棚进行加固，如图3所示。

图3 钻场L型钢棚结构及安装剖面示意图(mm)

4) 在放水过程中应安排专职的瓦斯监测孔对钻场附近有害气体进行实时监测，发现钻场或钻孔内瓦斯异常时必须立即撤人，并加强通风。

5) 在进行探放水施工过程中应实时掌握钻孔钻进深度，穿层岩性，掘进至积水区时应测量钻孔终孔深度，并进行详细记录及对比分析。

6) 在放水过程中应控制好水压，当水压较大时应采用反压法进行放水施工，放水完成后应采用补充钻孔进行验证，并采用水泥砂浆对钻孔进行封孔处理。

7) 放水完成后应计算放水量，并通过施工校验孔对积水区是否放水充分进行校验，校验孔参数与探水钻孔参数相同。

4 结语

截止2020年2月，15108运输顺槽已掘进到位，巷道在掘进过程中共计施工32个探水钻孔，共计探放上覆3#采空区积水量为4 233 m3，通过对巷道采取探放水施工设计后，巷道后期掘进过程中单未出现大面积淋水现象，提高了巷道顶板稳定性，彻底解决了上覆3#采空区水害隐患，保证了巷道安全快速掘进，取得了显著应用成效。