鉆探施工技術(shù)在屯蘭煤礦18403工作面的應(yīng)用

張 偉

（西山煤電屯蘭礦，山西 太原 030206）

1 工程概況

屯蘭煤礦18403工作面地表位于白草塔以東區(qū)域內(nèi)，井下位于南四盤(pán)區(qū)，東鄰南翼下組軌道巷，南鄰18405工作面，北鄰18401工作面，西鄰采區(qū)邊界。其上部為12403和12405采空區(qū)，垂直間距約72m左右。

目前影響18403工作面回采的采空積水為上覆12403、12405采空積水，該區(qū)地下水富水性較強(qiáng)，估算積水量為10萬(wàn)m3，積水面積為83323m2，積水標(biāo)高710～717m，放水點(diǎn)標(biāo)高為643m，最大承受水壓0.74MPa。隨著回采的推進(jìn)，充填隔離墻垮塌，上覆采空區(qū)積水會(huì)通過(guò)頂板垮落后形成的冒落裂縫帶進(jìn)入18403工作面，預(yù)計(jì)涌水量將達(dá)到100m3/h，對(duì)回采產(chǎn)生較大影響，為消除上覆采空積水的威脅，需在18403軌道順槽施工探放水鉆孔對(duì)采空積水進(jìn)行探放，消除采空區(qū)積水的威脅。

2 鉆探施工設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備選型及技術(shù)參數(shù)

本次探放水采用CMS1-1200/22(A)鉆機(jī)進(jìn)行鉆探作業(yè)。預(yù)準(zhǔn)備風(fēng)動(dòng)注漿泵1臺(tái)、水玻璃100kg、4寸孔口管帶絲扣（2m）90根、鏈?zhǔn)焦茔Q2把、聚氨酯AB液50kg、FKZY-1型礦用囊袋式帶壓注漿專用封孔材料0.5t、直徑為19mm的高壓管兩根，連接19mm直通的法蘭盤(pán)2個(gè)。鉆機(jī)參數(shù)如表1所示。

2.2 鉆場(chǎng)布置

根據(jù)巷道施工進(jìn)度安排，將鉆場(chǎng)布置在巷道側(cè)幫探水硐室或聯(lián)絡(luò)巷中[1]。

2.3 鉆孔布置

分別對(duì)上覆采空區(qū)積水進(jìn)行探放，鉆孔均以鉆到老空區(qū)放水為目的，施工順序?yàn)椋篕1→K2→K3→K4→K5→K6→K7→K8→K9→K10。鉆孔布置如圖1所示。

圖1 鉆孔設(shè)計(jì)平面圖

設(shè)計(jì)探放水鉆孔共布置10個(gè)，實(shí)際共施工5個(gè)鉆孔，原因?yàn)樵O(shè)計(jì)放水孔考慮水頭從高到低分段逐步探放，但實(shí)際水頭相差較小，故在實(shí)際施工中選擇最低點(diǎn)直接探放，以達(dá)到探放水效果，達(dá)到預(yù)期目的。鉆孔位置參數(shù)如表2所示。

表2 鉆孔位置參數(shù)表

2.4 封口

孔口管外端必須超出巷幫300mm。封孔時(shí)，必須采用封孔專用設(shè)備，向孔內(nèi)注入封孔漿液，注完后，靜置至少12h。

2.5 鉆探工藝

（1）將鉆機(jī)移至開(kāi)鉆處，架設(shè)并固定鉆機(jī)，對(duì)鉆場(chǎng)附近敲幫問(wèn)頂，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，保證鉆場(chǎng)附近的安全。

（2）觀察鉆場(chǎng)附近實(shí)際情況，確定開(kāi)鉆位置，避開(kāi)錨桿所在位置，以免錨桿影響正常鉆進(jìn)，井下探放水口安裝示意見(jiàn)圖2所示。

（3）連接加工好的孔口管，用鏈?zhǔn)焦茔Q緊固下入孔內(nèi)，并在孔口處用麻袋片纏裹孔口管澆上聚氨酯AB液，將孔口封閉，固定住孔口管，孔內(nèi)預(yù)埋用以注漿時(shí)排出孔內(nèi)空氣的出氣小管[2]。

（4）從孔口管向孔內(nèi)注入水泥漿，直到孔壁與孔口管之間充滿封孔材料，待凝固12h后進(jìn)行掃孔。

（5）用錨桿機(jī)通過(guò)孔口管固定裝置向頂板打錨桿，加固孔口管。

（6）耐壓試驗(yàn)，掃孔深度超過(guò)孔口管長(zhǎng)度后起鉆，向孔內(nèi)壓水進(jìn)行孔口管耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)的壓力不得小于0.12MPa，穩(wěn)壓的時(shí)間至少保持30min，保證孔口周?chē)宦┧?，孔口管牢固不活?dòng)，否則必須重新注漿固定[3]。

（7）耐壓試驗(yàn)符合要求后安裝閘閥，閘閥安裝完成后施工第二孔徑至設(shè)計(jì)孔深，當(dāng)孔內(nèi)涌下帶有刺激性氣味的水或鉆孔返水明顯減小時(shí)，證明已與采空區(qū)貫通。貫通后對(duì)鉆孔貫通點(diǎn)進(jìn)行掃孔。

圖2 井下探放水口安裝示意圖

2.6 防排水系統(tǒng)

為防止在施工過(guò)程鉆孔涌水量變大，致使鉆桿無(wú)法拔出的情況，設(shè)計(jì)在放水點(diǎn)布置臨時(shí)集水坑，同時(shí)在煤層水泵房增設(shè)55kW離心泵，通過(guò)直徑為108mm排水管路輸送至中央水倉(cāng)。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中，對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化后，工作面實(shí)際排水能力達(dá)到240m3/h。

3 施工注意事項(xiàng)

3.1 重大危險(xiǎn)源辨識(shí)及管控措施

3.1.1 危險(xiǎn)源辨識(shí)

（1）鉆孔施工過(guò)程中的瓦斯噴孔現(xiàn)象。

（2）鉆機(jī)、鉆桿運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械傷人事故。

（3）鉆機(jī)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)出水現(xiàn)象。

3.1.2 管控措施

（1）在鉆探地點(diǎn)備用一定數(shù)量的麻袋、黃泥、棉紗等，以便對(duì)突發(fā)性的氣水噴發(fā)做出及時(shí)的防護(hù)。施工前提前安裝瓦斯接收器，并與抽采管路相連接，在瓦斯?jié)舛瘸鲆?guī)定時(shí)，必須停止作業(yè)，撤出人員。

（2）在鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，嚴(yán)禁人員跨越鉆機(jī)；操作鉆機(jī)時(shí)，人員站在兩側(cè)，嚴(yán)禁正對(duì)操作。

（3）鉆進(jìn)中若發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)顯著變軟，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)進(jìn)行檢查，孔內(nèi)壓力很大時(shí)，應(yīng)馬上將鉆桿固定并記錄其深度[4]，在情況危急時(shí)，需及時(shí)撤出處于隱患區(qū)域的施工人員。

3.2 安全技術(shù)措施

（1）為防止鉆孔在放水期間軟弱巖層松動(dòng)，發(fā)生頂板垮落事故，設(shè)計(jì)對(duì)頂板施工撞楔超前玻璃錨桿支護(hù)，即沿巷道頂板施工8～10個(gè)鉆孔深度為4.0m、間距為0.6m的超前支護(hù)鉆孔，鉆孔垂直煤壁布置，在鉆孔施工完成后，依次向各鉆孔內(nèi)填裝錨固劑及加長(zhǎng)玻璃鋼錨桿，通過(guò)手持式鉆機(jī)進(jìn)行錨固。

（2）施工前，必須完善探放水地點(diǎn)的排水系統(tǒng)，按排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求在18403軌道順槽35號(hào)測(cè)點(diǎn)向外30m處、31號(hào)測(cè)點(diǎn)向里45m處按長(zhǎng)×寬×深=4m×4m×1.5m分別打設(shè)水倉(cāng)，并在水倉(cāng)處各配備兩臺(tái)45kW水泵，水倉(cāng)處鋪設(shè)一趟4寸管（約1910m）與大巷6寸排水管對(duì)接，對(duì)接處安裝逆止閥。

（3）鉆孔施工期間出現(xiàn)塌孔、抱鉆現(xiàn)象，不能順利通過(guò)時(shí)，可采用輕壓慢轉(zhuǎn)、下套管護(hù)壁工藝、壓風(fēng)返粉鉆進(jìn)等有效措施施工，防止出現(xiàn)孔內(nèi)事故。

（4）放水期間，需加工U型管與頂板放水孔對(duì)接，防止出水變小后孔內(nèi)瓦斯涌出，如因采空區(qū)淤泥、煤渣等造成放水孔堵孔情況，必須重新固定鉆機(jī)、調(diào)整鉆機(jī)角度疏通鉆孔。

（5）放水過(guò)程中，需關(guān)注涌水量的變化，建立涌水量觀測(cè)臺(tái)賬，通過(guò)浮標(biāo)法、電磁流量法、容積法等手段對(duì)鉆孔涌水量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。應(yīng)用壓力表對(duì)鉆孔水壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握上部采空區(qū)積水情況，探放水結(jié)束后，必須采用疏通鉆孔、施工驗(yàn)證孔、壓力試驗(yàn)等方法確認(rèn)采空區(qū)積水是否疏放徹底。

4 應(yīng)用效果

18403工作面掘進(jìn)期間設(shè)計(jì)施工10個(gè)探水鉆孔，實(shí)際共施工5個(gè)鉆孔，各鉆孔施工探放水效果如表3所示。采空區(qū)積水得到了有效釋放，鉆探放水效果較好。

表3 鉆探放水效果

5 結(jié)語(yǔ)

礦井水害嚴(yán)重威脅著煤礦安全生產(chǎn)，鉆探工藝作為一種探測(cè)技術(shù)，在治理礦井水害發(fā)生的領(lǐng)域發(fā)揮著愈發(fā)重要的作用。通過(guò)對(duì)西山煤電屯蘭煤礦18403工作面進(jìn)行鉆探施工設(shè)計(jì)，確定了合理的鉆孔布置以及鉆探工藝，并針對(duì)可能出現(xiàn)的安全隱患提出管控措施，有效消除了巷道掘進(jìn)時(shí)受水害影響，避免了煤礦重大水害事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了巷道快速掘進(jìn)，在一定程度上保證了該煤礦的安全生產(chǎn)。