巷道掘进工作面探放水技术的研究及实施

郝鹏飞

（晋能控股煤业集团挖金湾虎龙沟煤业有限公司，山西 朔州 038300）

0 引言

煤炭是我国的主要能源形式，对我国的经济发展具有重要的支撑作用。在煤炭的开采过程中，多采用井工作业的方式进行地下开采。在开采过程中，煤矿受到地质水灾害的影响，是影响煤矿安全的重大隐患[1]。进行煤矿开采巷道掘进的过程中，为保证煤矿后续开采的安全，避免受到地质水害的影响，必须在巷道掘进阶段进行煤矿的探放水作业，从而将地下危险水害排除[2]。针对某煤矿掘进过程中的探放水防治技术进行研究分析，依据现场的地质情况进行水害来源的分析，并据此制定相应的探放水技术方案进行实施[3]，保证煤矿的安全开采。

1 煤矿巷道掘进的地质概况

以某煤矿的工作面探放水为例对煤矿掘进的探放水进行分析，矿井主采煤层为9#、15#煤层，煤层中富含瓦斯量较高，为保证开采安全，降低工作面的瓦斯含量，采用高抽巷对瓦斯进行抽采[4]。煤矿开采工作面布置如图1 所示，15104 工作面高抽巷布置在15#煤层上不的顶板岩层中，距离工作面45 m，距离9#煤层采空区约为12.3 m[5]。掘进过程中，巷道为矩形断面，其长度为990 m，宽度为2.5 m，高度为2.6 m，采用锚杆、锚索联合支护的方式进行巷道支护[6]。

图1 工作面巷道布置与煤层的位置关系示意图

对15104 工作面的水害来源进行分析，奥灰水位+500 m，工作面的标高开口处为+1 000 m，开采过程中的高抽巷在工作面上部45 m 位置处[7]，要高于奥灰水位545 m，在巷道掘进过程中中间的地质结构形成了较好的隔水层，保证了掘进过程中不受奥灰水的影响。

15104 工作面进行高抽巷道掘进的过程中，要经过多个采空区，巷道掘进成为与9#煤层之间的距离为12.3 m[8]，依据煤矿的水文资料查询，920 采空区的积水量约为1 380 m3，其余位置的采空区呈南北方向回采，工作面的长度为350 m，工作面长度方向上的高度差约为50 m，存在着老空区积水的问题[9]。工作面高抽巷掘进过程中受到老空区积水的影响作用。

15104 工作面的地质概况赋存3 层发育成熟的石灰岩，从上向下分别分布有猴石灰岩、钱石灰岩、四节石灰岩[10]。在地质探查过程中发现灰岩的含泥量较高，裂隙的发育较小，冲洗过程中耗液较少，含水层的富水性较差[11]，对工作面巷道掘进的影响作用较小。

通过上述分析可知，工作面进行巷道掘进过程中的水质灾害主要受到老空区积水的影响，为保证高抽巷掘进的安全，需对工作面进行探放水作业，避免工作面发生水质灾害，影响煤矿后续的开采安全。

2 矿井工作面探放水作业设计及实施

2.1 工作面探放水作业设计方案

15104 工作面高抽巷进行探放水分析，采用物探+钻探相结合的方式进行水质探测，首先采用YD400 探测仪对工作面位置进行超前探测，确定探测工作面的掘进方向前方80 m 范围内是否存在电阻值较低的异常区域[12]，从而依据探测的数据对工作面进行探放水作业方案设计。

钻探作业采用ZLJ-400 型矿用煤岩钻机，配置直径40 mm，长度1 000 mm 的钻杆，直径45 mm 钻头进行钻孔作业。进行探放水作业中，对工作面探水孔的布置如图2 所示。在掘进工作面的掌头方向上布置3 个探水孔，分别为1～3#孔，其中1#孔位于巷道的中间位置处，2#及3#孔距离巷道的左右两侧为0.35 m，高度为1.3 m，3 个孔之间的间距为1 m。3 个钻孔中1#孔沿着巷道的中心位置设计施工深度为70 m，从而对巷道正前方区域的地下水进行探测，2#孔及3#孔相对巷道的中心位置为17°夹角，呈扇形分布的形式，从而对巷道两边侧位置的地下水质进行探测，钻孔的走向俯视，如图3 所示。

图2 探水孔的平面布置示意图

图3 探水孔俯视走向示意图

2.2 工作面探放水作业施工要求

在进行工作面的探放水作业施工过程中，要依据设计的方案进行严格的施工作业，探放水的距离向前探70 m 掘进距离40 m，如图4 所示。在每次进行探放水钻孔作业时，要保证前方的超前距离为30 m，从而保证掘进工作的安全进行。进行施工过程中，对掘进工作面的掌头进行标准化的检查管理，保证钻孔探水作业的持续进行。在进行钻孔作业时，若工作面的掌头受到煤层倾角变化的影响，此时应依据现场的实际工况条件，实时对超前钻孔的参数进行调整，并对调整后的钻孔参数进行标注记录，依据修改的设计内容对工作面进行钻孔探水。

图4 工作面探测距离示意图

在进行探放水作业过程中，若出现了地下水，则需设计相应的排水系统对水源处进行疏导处理。依照常规的出水量进行统计单孔常规的出水量为1 m3/h，最大出水量可达3 m3/h，排水系统的路线为工作面-1#采区轨道巷道-竖井-地面。

2.3 工作面探放水作业安全措施

对掘进工作面进行探放水作业，必须采区相应的安全措施，保证作业及人员的安全。在进行施工作业过程中，要对巷道周边的施工环境进行实时的监测，特别是顶板及围岩的变化情况，防止顶板发生冒落或者围岩的脱落。在钻孔探水过程中，若出现煤层松软或者水压增加等现象时，则应立即停止施工，并记录钻孔的深度，将钻杆进行固定，避免钻杆拔出，需通过专人对出水情况进行监测。在作业过程中，应对出水的前兆加强检查，若出现出水征兆，应及时采取相关措施，调查出水原因，在原因不明之前，不得继续施工。在巷道工作面进行钻孔过程中会引起工作面内的瓦斯浓度增加，需加强对瓦斯浓度的监测，并加强通风，避免瓦斯浓度升高，保证工作面的掘进安全。

3 结论

1）对15104 工作面的水质状况进行分析发现，工作面掘进过程中主要受到来自老空区的积水影响，对巷道的掘进存在安全隐患，需进行探放水作业。

2）依据巷道的实际地质条件，进行探放水作业方案的设计，采用物探和钻探结合的方式，在掌头方向上进行3 个探水孔的钻孔设计，保证超前距离为30 m，并对巷道前方及两侧的水质进行探测。

3）采取相应的安全措施保证探放水的作业安全，经过钻孔作业，涌水量由初始的6 m3/h 下降为0.5 m3/h，说明了老空区的积水以静态的储存水为主，可以通过探放水作业消除工作面的水质安全隐患。