范 進(jìn)

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁礦，山西 大同037001）

0 引言

探放水施工是煤礦井下采掘工作面避免水害事故、解決水害隱患的重要技術(shù)手段，探放水施工具有施工工藝簡單、探放水效率高等優(yōu)點(diǎn)，探放水施工安全高效開展是采掘工作面合理布置、安全生產(chǎn)的重要保障；但是在實(shí)際煤礦井下探放水施工過程中，受施工作業(yè)環(huán)境、探放水施工設(shè)計(jì)等影響，探放水施工達(dá)不到預(yù)期效果，不僅降低了探放水施工效率，增加了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，而且無法消除作業(yè)附近水害硬化，很容易發(fā)生采掘工作面透水、涌水等事故；本文以馬脊梁礦2117巷為例，對(duì)巷道掘進(jìn)前期探放水施工主要存在的問題進(jìn)行分析，并進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保巷道后期掘進(jìn)安全。

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁礦2113巷位于井田一盤區(qū)，該工作面北東、南東為盤區(qū)皮帶巷、盤區(qū)輔助運(yùn)輸大巷、盤區(qū)回風(fēng)巷及實(shí)煤區(qū)，北西為8111工作面采空區(qū)、南西為實(shí)煤區(qū)。

2113巷設(shè)計(jì)長度為2 188 m，巷道從一盤區(qū)輔運(yùn)大巷開口施工，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進(jìn)煤層為C3號(hào)（石炭系煤層），平均厚度為6.86m，平均傾角為2°，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、含1～4層夾矸，平均2層，以泥巖為主，巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截止目前巷道已掘進(jìn)570 m。

根據(jù)馬脊梁礦地質(zhì)探測發(fā)現(xiàn)，2113巷對(duì)應(yīng)上覆為小窯破壞區(qū)、采空區(qū)，巷道往里280～1 424.7 m為雁崖礦14-3號(hào)層81618工作面、14-3號(hào)層81616工作面采空區(qū)，1 463～2 191 m為四老溝礦14-3號(hào)層8313工作面及14-3號(hào)層8313-1工作面采空區(qū)。但由于受采動(dòng)影響導(dǎo)致地面產(chǎn)生裂縫，在雨季時(shí)大氣降水沿地面裂縫下滲至2113巷上覆采空區(qū)預(yù)計(jì)積水量為35 757 m3，巷道前期掘進(jìn)至320～355 m處頂板出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，最大淋水量達(dá)5.7 m3/h，對(duì)巷道掘進(jìn)影響較大。

2 掘進(jìn)前期探放水設(shè)計(jì)及問題分析

2.1 前期巷道探放水設(shè)計(jì)

1）鉆孔布置：前期巷道每掘進(jìn)50 m在工作面迎頭不止一個(gè)探水鉆場，鉆場煤壁共計(jì)布置一排探水鉆孔，共計(jì)3個(gè)，鉆孔布置在掘頂板1.5 m處，鉆孔布置間距為1.8 m，鉆孔深度為80 m，鉆孔仰角23°。

2）封孔工藝：巷道掘進(jìn)前期探水鉆孔封孔長度為9.0 m,孔口管與鉆孔壁采用膨脹水泥進(jìn)行封堵，封堵長度為1.2 m。

3）安全技術(shù)措施：為了保證鉆場探放水施工安全，巷道掘進(jìn)前期在鉆場附近支設(shè)兩排木柱，每排4根，木柱支設(shè)間距×排距=1.3 m×1.5 m，第一排支設(shè)在距煤壁0.5 m處。

2.2 問題分析

1）巷道掘進(jìn)效率低：2113巷采用綜掘機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，平均每天掘進(jìn)工程量為12 m，掘進(jìn)前期探水鉆場間距為50 m，巷道每掘進(jìn)4 d需進(jìn)行一次探放水施工，探水施工周期為1 d，每月因探水施工影響施工工期為7.5 d，影響掘進(jìn)工程量達(dá)90 d，嚴(yán)重制約了巷道掘進(jìn)效率。

2）探水鉆孔布置不合理：2113巷頂板與上覆采空區(qū)垂直距離在28～37 m范圍，而前期探放水施工時(shí)，鉆孔深度為80 m，鉆孔仰角為23°，鉆孔終孔位置位于頂板往上31 m處，終孔位置未完全延伸至上覆采空區(qū)積水最大標(biāo)高位置，無法完全消除上覆采空區(qū)積水隱患。

3）封孔質(zhì)量不合格：2113巷掘進(jìn)煤層屬于石炭系煤層，煤層穩(wěn)定性差，擴(kuò)張破壞嚴(yán)重，煤體內(nèi)裂隙發(fā)育，掘進(jìn)前期探水鉆孔封孔深度為9 m，封孔段位于煤體內(nèi)，未完全深入堅(jiān)硬巖層內(nèi)，導(dǎo)致在放水時(shí)水流沿煤體裂隙滲透，加大了煤體裂隙擴(kuò)張破壞力度，煤體破壞嚴(yán)重；同時(shí)原探水鉆孔采用膨脹水泥進(jìn)行封堵，封結(jié)效果差，放水期間受水壓擾動(dòng)影響，孔口管出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象。

4）安全措施不到位：巷道掘進(jìn)前期探放水施工過程中鉆場主要采用支設(shè)木柱的方式進(jìn)行頂板加固，但是由于2113巷掘進(jìn)煤層高度裂隙發(fā)育，煤體在水壓沖擊作用下，極易破碎出現(xiàn)煤壁片幫現(xiàn)象，不僅影響了鉆孔封孔效果，而且增加了頂板空頂區(qū)，甚至發(fā)生大面積頂板垮落事故。

3 探放水設(shè)計(jì)

3.1 探放水設(shè)備參數(shù)

3.1.1 鉆探設(shè)備參數(shù)

2113巷探水鉆孔采用ZY-750D型液壓鉆機(jī)、中空?qǐng)A鋼鉆孔以及一翼合金鉆頭進(jìn)行施工，鉆機(jī)具體參數(shù)見表1。

表1 ZY-750D型液壓鉆機(jī)及配套設(shè)備技術(shù)參數(shù)

3.1.2 封孔及注漿材料

1）封孔材料：PVC封孔管，每根管長3 m，直徑為108 mm，共計(jì)4根以及若干根絲扣連接套；環(huán)形封孔2個(gè)，封孔有效長度為0.45 m，封孔壓力為8 MPa。

2）注漿材料：注漿泵采用2ZBQ-6/45馬麗散雙液注漿泵，注漿壓力為0～6 MPa，排量為0～45 L/min；注漿材料采用馬麗散與催化劑混合化學(xué)粘合劑，混合比為1∶1。

3.2 鉆場及鉆孔優(yōu)化布置

3.2.1 鉆場優(yōu)化布置

為了保證巷道快速掘進(jìn)，降低鉆孔施工對(duì)巷道掘進(jìn)影響，優(yōu)化后決定采用“邁步交錯(cuò)式”鉆場進(jìn)行鉆孔施工。

1）鉆場布置在巷道兩側(cè)，采用掘進(jìn)機(jī)一次性施工到位，鉆場規(guī)格為長×深×高=5 m×4.5 m×3.5 m，相鄰2個(gè)鉆場兩翼交錯(cuò)邁步式布置，鉆場水平間距為100 m。

2）鉆場頂板及巷幫支護(hù)與原巷道支護(hù)設(shè)計(jì)相同，工作面?zhèn)认飵筒贿M(jìn)行錨桿支護(hù)，為了提高鉆場頂板穩(wěn)定性，在鉆場頂板施工4組組合錨索。

3.2.2 鉆孔布置優(yōu)化

1）為保證探水鉆孔能夠完全覆蓋上覆采空區(qū)積水，優(yōu)化后每個(gè)鉆場內(nèi)共計(jì)布置2排探水鉆孔，每排3個(gè)共計(jì)6個(gè)鉆孔（1-6號(hào)），其中1-3號(hào)鉆孔為頂板鉆孔，4-6號(hào)為水平鉆孔，鉆孔具體技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 優(yōu)化后2113巷探水鉆孔布置參數(shù)

2）所有鉆孔深度為100 m，相鄰2排鉆孔排距為0.5 m，相鄰鉆孔間距為1.0 m，鉆孔超前距為30 m，允許掘進(jìn)為70 m，鉆孔對(duì)巷道兩側(cè)邊緣控制距離為20 m，如圖1所示。

圖1 2113巷探水鉆孔平剖面布置示意圖

3.3 鉆孔封孔工藝優(yōu)化

為了保證探放水施工安全，對(duì)原探水鉆孔封孔工藝進(jìn)行優(yōu)化，決定采用“兩堵一注”封孔工藝。

1）鉆孔封孔長度確定：由于鉆孔仰角為23°，頂板仰斜鉆孔在煤體內(nèi)長度為9.7 m，而C3號(hào)層直接頂為炭質(zhì)泥巖，為隔水層巖體，所以鉆孔封孔終端位于隔水層巖體內(nèi)0.5～1.0 m即可，所以確定鉆孔封孔長度為11.5 m。

2）擴(kuò)孔施工：鉆孔封孔深度確定后首先施工導(dǎo)向鉆孔，導(dǎo)線鉆孔直徑為75 mm，導(dǎo)向鉆孔施工深度達(dá)12 m后停止鉆進(jìn)，然后更換擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔長度為11.5 m，擴(kuò)孔后孔徑為130 mm。

3）封孔施工：①鉆孔擴(kuò)孔完成后，對(duì)鉆孔內(nèi)安裝孔口管共計(jì)4根，相鄰2根孔口管采用絲扣連接套連接；②孔口管安裝后在距孔底0.3 m，距孔口0.5 m處分別安裝1個(gè)環(huán)形封口器，同時(shí)在孔口管與孔壁之間安裝1根直徑16 mm注漿軟管；③注漿軟管與2ZBQ-6/45馬麗散雙液注漿泵連接進(jìn)行注漿施工，注漿壓力1.5 MPa，注漿完成后拔出注漿軟管并采用膨脹水泥對(duì)孔口至封孔器段進(jìn)行封堵，見圖2。

圖2 “兩堵一注”封孔工藝剖面示意圖

3.3 鉆場煤壁支護(hù)措施

為了提高鉆場煤壁及穩(wěn)定性，防止放水期間煤壁、頂板出現(xiàn)垮落現(xiàn)象，發(fā)生透水事故，決定對(duì)鉆場煤壁及頂板采取“超前鋼針支護(hù)+玻璃鋼錨桿（帶）”聯(lián)合支護(hù)。

1）在探放水施工前在鉆場煤壁設(shè)計(jì)頂板位置施工一排超前支護(hù)孔，孔間距為0.5 m，所有支護(hù)孔垂直布置，孔深度為3.0 m，直徑為30 mm；支護(hù)孔施工完后，對(duì)鉆孔內(nèi)錨注一排鋼針，鋼針長度為3.5 m，直徑為26 mm，如圖3所示。

圖3 2113巷探水鉆場煤壁及頂板支護(hù)平面示意圖

2）在鉆孔四周分別采用柔性玻璃鋼帶進(jìn)行維護(hù)，玻璃鋼帶成“井”字型布置，其中橫排鋼帶長度為2.5 m，每根鋼帶采用3更長度為2.0 m玻璃鋼錨桿固定；縱向鋼帶長度為1.5 m，采用2根玻璃鋼錨桿進(jìn)行固定。

3）為進(jìn)一步鉆場頂板穩(wěn)定性，在距鉆場煤壁1.0 m處支設(shè)一排單體柱，共計(jì)5根，柱間距為1.0 m。

4 結(jié)論

截止2019年12月2113巷已掘進(jìn)到，巷道在后期掘進(jìn)過程中共計(jì)施工14個(gè)邁步式鉆場，共計(jì)84個(gè)探水鉆孔；通過對(duì)前期探放水設(shè)計(jì)進(jìn)行合理優(yōu)化后，有效降低了探水施工對(duì)巷道掘進(jìn)影響，巷道掘進(jìn)速率提高至8.7 m/d，探放水設(shè)計(jì)優(yōu)化后，巷道在后期掘進(jìn)過程中共計(jì)探放上覆采空區(qū)積水35 144 m3，在放水期間未出現(xiàn)鉆場頂板及煤壁破碎線下；同時(shí)探放水施工后巷道掘進(jìn)過程中未出現(xiàn)頂板淋水現(xiàn)象，消除了上覆采空區(qū)積水對(duì)巷道掘進(jìn)影響，保證了巷道快速掘進(jìn)。