許疃煤礦3238風(fēng)巷過老空水探放孔洞治理技術(shù)

王慶永 彭 飛 羅 通

（淮北礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司許疃煤礦，安徽 淮北 235000）

許疃煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，沿煤層走向次級(jí)褶曲發(fā)育，煤層頂?shù)装迤鸱兓^大，工作面回采后在巷道低洼地段形成采空區(qū)積水[1]，對(duì)下區(qū)段工作面沿空掘進(jìn)構(gòu)成極大安全威脅，必須采取巖巷遠(yuǎn)距離集中探放措施對(duì)采空區(qū)積水進(jìn)行超前疏放。由于探放水鉆孔單孔設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，鉆進(jìn)過程中孔內(nèi)出現(xiàn)塌孔的情況較為普遍，尤其是終孔穿煤段，通常采取洗孔方式進(jìn)行疏孔。頻繁洗孔后會(huì)排出大量煤屑，造成沿空側(cè)煤體內(nèi)留下大范圍的老空水探放孔洞。而這些孔洞中又將積聚大量的瓦斯、殘余采空區(qū)積水，巷道穿過時(shí)可能會(huì)向采空區(qū)持續(xù)供氧，從而易引發(fā)瓦斯、煤層自燃及水害事故。為消除以上事故隱患，必須采取針對(duì)性措施對(duì)老空水探放孔洞進(jìn)行超前治理，通過采取超前探查方式查明了前方孔洞分布范圍，嚴(yán)格執(zhí)行調(diào)整層位、注漿加固及管理保障措施等一系列技術(shù)措施，杜絕了瓦斯、煤層自燃及水害事故的發(fā)生，保證了巷道施工安全，為沿空掘進(jìn)巷道快速過老空水探放孔洞提供新的思路。

1 工程背景

1.1 地質(zhì)概況

許疃煤礦位于安徽省蒙城縣境內(nèi)，屬淮北煤田臨渙礦區(qū)。礦井井田走向長(zhǎng)約9～12km，寬約3～7km，礦井面積52.59km2，礦井地質(zhì)類型為極復(fù)雜，水文地質(zhì)類型為中等，主要水害為老空水、煤系地層頂?shù)装迳皫r裂隙水、“四含”水、斷層水、封閉不良鉆孔水。3238工作面走向長(zhǎng)1702m，傾斜寬238.5m，開采標(biāo)高-592.8～ -725.6m，煤厚1.30～3.75m，平均2.60m，煤層傾角3～32°，平均 20°。上區(qū)段3236工作面回采結(jié)束后，在工作面里段及外段形成兩處較大積水區(qū)，3238風(fēng)巷沿上區(qū)段3236機(jī)巷掘進(jìn)，煤層凈垛5m，掘進(jìn)期間主要充水水源系32煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水及3236采空區(qū)積水。

1.2 老空水探放孔洞成因

3236采空區(qū)存在兩處低洼積水區(qū)。外段積水區(qū)積水面積15611m2，積水長(zhǎng)度465m，水頭高度17.5m，積水量12733m3；里段積水區(qū)積水面積56021m2，積水長(zhǎng)度1045m，水頭高度33m，積水量60317m3。3236外段采空區(qū)積水示意圖如圖1所示。上述外段積水通過3238老底抽巷普通鉆進(jìn)進(jìn)行巖巷遠(yuǎn)距離集中探放，單孔設(shè)計(jì)長(zhǎng)度156m，鉆進(jìn)期間受煤（巖）巖性軟、穿煤距離長(zhǎng)、孔壁振動(dòng)及鉆孔偏斜等因素影響，鉆孔內(nèi)多次出現(xiàn)塌孔、卡鉆現(xiàn)象。為保證探放水效果，多次采取洗孔措施，造成大量煤屑從煤體中釋放至3238老底抽巷內(nèi)，在煤體中形成老空水探放孔洞并持續(xù)擴(kuò)大，給沿空掘進(jìn)帶來極大安全威脅。為充分疏放3236外段老空水，先后實(shí)施兩次探放水工程，共施工兩組6個(gè)鉆孔，總放水量12650m3。探放水期間，鉆孔內(nèi)多次堵孔，出水不暢，必須及時(shí)進(jìn)行洗孔，共排渣約350m3，因排渣量過大，導(dǎo)致3238風(fēng)巷與3236機(jī)巷煤柱內(nèi)留下三處老空水探放孔洞。

圖1 3236外段采空區(qū)積水示意圖

2 沿空掘進(jìn)期間存在的問題

2.1 瓦斯涌出異常

探放水工程結(jié)束后，在3238風(fēng)巷對(duì)應(yīng)煤層位置中存在三處老空水探放孔洞，巷道掘進(jìn)時(shí)，瓦斯涌出異常主要來源于以下三個(gè)方面：（1）原始煤體瓦斯受采動(dòng)影響由吸附狀態(tài)變?yōu)橛坞x狀態(tài)，從而得到充分釋放[2]；（2）巷道周圍煤層中產(chǎn)生大量的裂隙而形成松動(dòng)圈，這部分裂隙會(huì)成為瓦斯溢出的通道；（3）通過老空水探放孔洞進(jìn)而與3236采空區(qū)直接溝通，使得采空區(qū)內(nèi)部瓦斯短時(shí)間內(nèi)大量溢出，易造成掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛瘸蕖?/p>

2.2 采空區(qū)煤層自燃

32煤層自然發(fā)火期為55d，屬于Ⅱ類自燃煤層，采空區(qū)煤層自燃主要由于以下兩個(gè)方面：

（1）3238風(fēng)巷內(nèi)由于風(fēng)壓差的存在，巷道內(nèi)的部分風(fēng)流會(huì)通過煤柱裂隙進(jìn)入3236采空區(qū)，為煤層自燃提供了持續(xù)供氧的條件[3]；

（2）3238風(fēng)巷過老空水探放孔洞期間現(xiàn)場(chǎng)管理不善，向采空區(qū)持續(xù)供氧，給采空區(qū)防火管理帶來極大困難。

2.3 殘余水害風(fēng)險(xiǎn)

采空區(qū)積水的特點(diǎn)是以靜儲(chǔ)量為主，水量集中且水壓大，倘若掘透就會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果[4]。3236外段采空區(qū)積水探放結(jié)束后，采空區(qū)低洼點(diǎn)仍會(huì)殘余少量積水，這部分老空水富存在老空水探放孔洞中，3238風(fēng)巷掘進(jìn)期間，一旦揭露會(huì)突然潰出，具有很大的沖擊力和破壞力，對(duì)人身安全危害極大，必須堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則[5]。

3 技術(shù)方案

3.1 超前探查

巖巷遠(yuǎn)距離集中探放水工程結(jié)束后，在巷道迎頭到達(dá)探水線位置立即進(jìn)行地質(zhì)探查，根據(jù)鉆孔結(jié)果綜合分析，精準(zhǔn)查明了前方老空水探放孔洞影響區(qū)域、有無積水、瓦斯等情況。

3.2 調(diào)整層位

探查結(jié)束后，認(rèn)真分析清楚老空水探放孔洞范圍，考慮到沿空側(cè)煤體受老空水探放孔洞及動(dòng)壓雙重影響，煤（巖）層抗壓（拉）強(qiáng)度降低，不利于頂板及幫部管理，特別是下山施工，老空積水對(duì)安全和生產(chǎn)的影響更大，不僅造成了安全隱患治理時(shí)間延長(zhǎng)，而且降低了沿空掘進(jìn)效率[6]。若將3238風(fēng)巷底板抬升至與3236機(jī)巷底板同一標(biāo)高，便可防止3236外段殘余積水通過老空水探放孔洞涌入3238風(fēng)巷內(nèi)。為此，在保證安全的前提下，根據(jù)前方煤層變化趨勢(shì)及前方Y(jié)-9正斷層產(chǎn)狀，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)巷道的施工坡度進(jìn)行調(diào)整。通過優(yōu)化施工方案，決定在巷道距離2#老空水探放孔洞27m前，巷道施工坡度調(diào)整為5°上山，破頂施工19.5m，然后按照平巷繼續(xù)施工直至跟上32煤層頂板。最終，3238風(fēng)巷底板標(biāo)高與3236機(jī)巷底板標(biāo)高維持在同一水平，且3238風(fēng)巷施工至Y-9斷層面位置時(shí)，巷道正好跟上煤層頂板，避免了積水威脅及煤頂影響。調(diào)整層位后，巷道剖面空間位置關(guān)系如圖2所示，3238機(jī)巷調(diào)整層位施工剖面圖如3所示。

圖2 巷道剖面空間位置關(guān)系

圖3 3238機(jī)巷調(diào)整層位施工剖面圖

3.3 注漿加固

（1）巷道迎頭距離老空水探放孔洞影響邊界前10m停止施工注漿鉆孔，超前對(duì)老空水探放空洞及周圍煤體內(nèi)裂隙進(jìn)行注漿充填及加固，封堵漏風(fēng)通道，提高破碎圍巖的整體穩(wěn)定性。注漿材料選用高強(qiáng)度水泥和水玻璃配比后的雙液漿，注漿過程中要隨時(shí)觀察、記錄各種注漿參數(shù)的變化，若發(fā)生跑漏漿液應(yīng)及時(shí)停泵處理，并做好注漿記錄，以利分析。每孔注漿結(jié)束后，及時(shí)調(diào)整下個(gè)孔注漿參數(shù)，注漿終止壓力不低于3MPa，穩(wěn)壓時(shí)間不低于30min。

（2）注漿結(jié)束后，施工1個(gè)注漿效果檢驗(yàn)孔。先注入適量清水沖開煤（巖）體內(nèi)部裂隙，后注入一定濃度的雙液漿，當(dāng)注漿壓力上升至3MPa時(shí)，仍無法注入漿液，方可認(rèn)定前方孔洞被充填密實(shí)。

3.4 管理保障措施

（1）嚴(yán)格控制巷道允許進(jìn)尺距離，采用邊探邊掘的方式掘進(jìn)，采取探5m進(jìn)3m方式掘進(jìn)，保留2m超前距。鉆孔在斷面上呈扇形布置，每組3個(gè)鉆孔，順巷道中線1個(gè)，與中線夾角15°各施工1個(gè)，中線左幫鉆孔仰角10°，順中線及右?guī)豌@孔仰角1°，開孔高度為底板上0.5m，鉆孔參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況作適當(dāng)調(diào)整，探眼布置示意圖如圖4所示。短孔驗(yàn)證前方是否存在孔洞、CH4、CO及積水等情況，探查孔施工結(jié)束后必須立即進(jìn)行封堵。如探查發(fā)現(xiàn)前方孔洞未注實(shí)，停止施工，再次注漿封堵，防止揭露孔洞造成瓦斯超限或者綜掘機(jī)下陷，無異常情況后方可繼續(xù)施工。

圖4 探眼布置示意圖

（2）加強(qiáng)幫部臨時(shí)支護(hù)，防止因片幫而引起巷道與老空水探放孔洞溝通。采用護(hù)幫卡子配合撞楔方式護(hù)幫，每幫撞楔不少于兩根。護(hù)幫卡子生根在M鋼帶上，撞楔生根在護(hù)幫卡子上。每根撞楔護(hù)幫卡子不少于兩個(gè)，上部1根撞楔距頂板不大于200mm，撞楔間距600mm，下部1根距底板不大于1.0m。撞楔與護(hù)幫卡子之間采用木楔楔緊。

（3）完善巷道排水系統(tǒng)，通常情況下排水的泵窩應(yīng)該選擇在巷道內(nèi)地勢(shì)較低的區(qū)域，能在出水之后及時(shí)將水引入泵窩內(nèi)排泄干凈。因此，在迎頭配置排水能力不低于40m3/h的排水設(shè)備兩套（一套熱備用），并備用風(fēng)泵不少于兩臺(tái)，如迎頭有孔洞出水現(xiàn)象及時(shí)進(jìn)行抽排。

（4）抽采、通風(fēng)系統(tǒng)延接至迎頭，并準(zhǔn)備氣囊、裝填好的阻燃編織袋、注漿裝置及應(yīng)急用料，施工過程中如出現(xiàn)巷幫底部片幫嚴(yán)重，立即組織封堵、注漿、抽采、排水。

（5）采取噴漿封閉、埋管注氮等技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)有害氣體的封堵、惰化，從而達(dá)到防治采空區(qū)自然發(fā)火的目的。巷道過老空水探放孔洞期間，專門在最低放水點(diǎn)位置設(shè)注氮孔，放水后及時(shí)向采空區(qū)注氮。

（6）割煤（巖）期間，瓦檢員必須始終在現(xiàn)場(chǎng)，隨時(shí)檢查巷道內(nèi)煤（巖）體裂隙內(nèi)瓦斯及CO等氣體變化情況，必要時(shí)取樣化驗(yàn)。

（7）過老空探放水孔洞期間，安排專業(yè)管技干部現(xiàn)場(chǎng)跟班。

4 結(jié)論與建議

（1）通過采取上述安全技術(shù)措施，3238風(fēng)巷掘進(jìn)期間未發(fā)生瓦斯、煤層自燃及水害事故，巷道安全通過了三處老空水探放孔洞。期間共施工鉆孔304m/8孔，注入水泥量8.6t，錨網(wǎng)支護(hù)有效、可靠，實(shí)現(xiàn)了3238風(fēng)巷安全快速過老空水探放孔洞，為今后類似水文地質(zhì)條件下沿空掘進(jìn)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（2）針對(duì)長(zhǎng)距離穿煤探放水鉆孔施工過程中堵孔、塌孔、穿煤距離長(zhǎng)等難題，改進(jìn)鉆探工藝，優(yōu)先選用遠(yuǎn)距離定向鉆進(jìn)技術(shù)，精準(zhǔn)控制鉆孔在煤（層）中的鉆進(jìn)軌跡，從設(shè)計(jì)源頭減少鉆孔穿煤距離。

（3）鉆孔在復(fù)雜地層鉆進(jìn)過程中往往會(huì)引起塌孔事故，由此帶來鉆進(jìn)效率低、成孔質(zhì)量差等不良后果，甚至導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢。因此，精確選擇鉆孔層位、巖性，注重鉆探工藝、鉆具級(jí)配等問題，從而提高探放水鉆孔在復(fù)雜地層中孔壁穩(wěn)定性、鉆進(jìn)效率，減少塌孔事故，為后續(xù)巷道掘進(jìn)施工提供便利和安全條件。