施工總回風(fēng)巷疏放水提升礦井風(fēng)險(xiǎn)管控水平

任永強(qiáng)

(國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司布爾臺(tái)煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

0 引言

由于過(guò)去煤礦事故發(fā)生頻繁，給國(guó)家和社會(huì)造成了不良影響，同時(shí)對(duì)資源和人的生命也造成了損失。隨著社會(huì)的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，生命的價(jià)值和保護(hù)資源越來(lái)越受到重視，煤礦的安全生產(chǎn)著眼于人，保護(hù)勞動(dòng)者的生命，體現(xiàn)以人為本的重要性，所以為了避免煤礦事故的發(fā)生，搞好煤礦安全生產(chǎn)，必須加強(qiáng)煤礦“一通三防”在內(nèi)的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)管控，這樣既保證了煤礦開(kāi)采的正常運(yùn)行，又維護(hù)了煤礦企業(yè)自身的形象與利益[3-5]。

1 礦井基本情況

布爾臺(tái)煤礦是中國(guó)神華能源股份有限公司投資建設(shè)的一座特大型現(xiàn)代化礦井，現(xiàn)屬?lài)?guó)家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)公司管理。布爾臺(tái)煤礦位于神東煤田西北部，井田含煤地層為侏羅系延安組，共有可采煤層10層，主采2-2、4-2、5-2煤層，目前開(kāi)采2-2煤、4-2上煤。

布爾臺(tái)煤礦各煤層煤塵均具有爆炸性危險(xiǎn)，根據(jù)2014年瓦斯鑒定報(bào)告，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為27.95 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為0.67 m3/t，屬瓦斯礦井。礦井涌水量520 m3/h，根據(jù)2016年編寫(xiě)的《神東煤炭集團(tuán)布爾臺(tái)煤礦水文地質(zhì)類(lèi)型劃分報(bào)告》，布爾臺(tái)煤礦水文地質(zhì)類(lèi)型為中等。

2 總回風(fēng)巷實(shí)施疏放水工程的背景

以往采區(qū)設(shè)計(jì)采用上下山布置，大巷沿煤層底板按照統(tǒng)一坡度掘進(jìn)，這類(lèi)巷道可以實(shí)現(xiàn)井下污水自流至水倉(cāng)，但增加了掘進(jìn)時(shí)的割巖量。神府煤田為近水平煤層，神府煤田神東礦區(qū)大巷沿煤層布置，有利于減少巷道割巖量，提高巷道掘進(jìn)效率，但由于煤層局部起伏較大，造成大巷低洼處容易積水[6-7]。

布爾臺(tái)煤礦2個(gè)水平(2-2煤和4-2煤)共設(shè)置2個(gè)中央水倉(cāng)和2個(gè)盤(pán)區(qū)水倉(cāng)，分別為2-2煤一盤(pán)區(qū)中央水倉(cāng)、4-2煤一盤(pán)區(qū)中央水倉(cāng)、2-2煤二盤(pán)區(qū)水倉(cāng)和4-2煤二盤(pán)區(qū)盤(pán)區(qū)水倉(cāng)。2-2煤一盤(pán)區(qū)中央水倉(cāng)污水經(jīng)2-2煤總回風(fēng)大巷排至地面污水處理廠；2-2煤二盤(pán)區(qū)水倉(cāng)污水經(jīng)2-2煤一盤(pán)區(qū)總回風(fēng)大巷、2-2煤與4-2煤間管子道進(jìn)入4-2煤中央水倉(cāng)；4-2煤二盤(pán)區(qū)水倉(cāng)污水經(jīng)4-2煤一盤(pán)區(qū)總回風(fēng)巷排入4-2煤一盤(pán)區(qū)中央水泵房；4-2煤中央水泵房污水經(jīng)2-2煤總回風(fēng)巷排至地面污水處理廠。2-2煤總回風(fēng)巷承擔(dān)著全礦污水管路的鋪設(shè)，造成2-2煤總回風(fēng)巷排水管路較多，部分管路由于年長(zhǎng)老化，管路和管路連接處可能爆裂漏水，造成2-2煤總回風(fēng)巷快速積水，通過(guò)對(duì)2-2煤總回風(fēng)巷剖面圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)總回風(fēng)巷局部起伏較大，尤其是煤層急劇變化或存在構(gòu)造的地段，礦井開(kāi)拓前期為減小受煤層賦存或構(gòu)造的影響，巷道坡度起伏較大。這些區(qū)域如發(fā)生管路爆裂漏水，積水在巷道內(nèi)快速聚積，如排水系統(tǒng)不能正常排水或出現(xiàn)故障，可能造成2-2煤總回風(fēng)巷全斷面淹沒(méi)，致使通風(fēng)系統(tǒng)短路，發(fā)生較大安全事故，如圖1所示。

圖1 2-2煤總回風(fēng)巷局部低洼處剖面

布爾臺(tái)煤礦針對(duì)該重大安全隱患，決定實(shí)施2-2煤總回風(fēng)巷疏放水工程，從4-2煤輔運(yùn)大巷頂板向2-2煤總回風(fēng)巷低洼底板處施工疏放水鉆孔，鉆孔終孔目標(biāo)位置為2-2煤總回風(fēng)巷可能造成全斷面水淹巷道底板三角處，相對(duì)位置如圖2～5所示。2-2煤總回風(fēng)巷如遇水管破裂或附近風(fēng)泵故障等原因造成水淹巷道時(shí)，積水經(jīng)鉆孔引流至4-2煤輔運(yùn)大巷排水系統(tǒng)中，徹底解決2-2煤總回風(fēng)巷水淹全斷面造成風(fēng)流短路的隱患。

圖2 疏放水鉆孔立體示意

圖3 疏放水鉆孔-剖面示意

圖4 總回風(fēng)巷疏放水鉆孔平面示意

圖5 總回風(fēng)巷疏放水鉆孔剖面示意

根據(jù)2-2煤總回風(fēng)巷巷道剖面分析可知，能夠造成全斷面積水地點(diǎn)共有5處，2-2煤總回風(fēng)巷落平處至790 m間鋪設(shè)φ377排水管路4趟，2-2煤總回風(fēng)巷790～1 916 m間鋪設(shè)φ377排水管路3趟、φ273排水管路2趟，2-2煤總回風(fēng)巷1 916 m至巷道末端鋪設(shè)φ273排水管路3趟。如φ377管路流量按346 m3/h計(jì)算，φ273管路流量按250 m3/h計(jì)算，5處積水點(diǎn)造成全斷面積水所需時(shí)間，見(jiàn)表1。

表1 2-2煤一盤(pán)區(qū)總回風(fēng)巷5處全斷面積水所需時(shí)間統(tǒng)計(jì)

3 總回疏放水工程設(shè)計(jì)

3.1 工程介紹

布爾臺(tái)煤礦2-2煤總回風(fēng)巷底板起伏較大，低洼處易積水，根據(jù)2-2煤總回風(fēng)巷剖面圖分析得，劃定可能造成全斷面積水點(diǎn)5處，分別為2-2煤總回風(fēng)巷2 920 m、2 330 m、1 650 m、670 m、150 m。從4-2煤輔運(yùn)大巷頂板向2-2煤總回風(fēng)巷底處施工疏放水鉆孔，預(yù)防2-2煤總回風(fēng)巷內(nèi)管路爆裂漏水，造成巷道內(nèi)快速積水導(dǎo)致礦井總回風(fēng)巷風(fēng)流短路。鉆探隊(duì)承擔(dān)此次疏放水工程，具體目的和任務(wù)如下：

預(yù)防積水：通過(guò)對(duì)2-2煤總回風(fēng)巷底板起伏情況進(jìn)行分析，在底板低洼可能造成全斷面積水區(qū)域布置疏放水鉆孔，通過(guò)施工鉆孔，將2-2煤總回風(fēng)巷低洼處積水引流至4-2煤輔運(yùn)大巷排水系統(tǒng)中，預(yù)防2-2煤總回風(fēng)巷大量積水。

打預(yù)留孔：考慮到鉆孔存在“飄孔”現(xiàn)象，本次預(yù)計(jì)施工鉆孔8個(gè)，其中3個(gè)為預(yù)留孔，當(dāng)貫通位置不佳時(shí)進(jìn)行補(bǔ)孔[8]。

3.2 工程布置及鉆孔參數(shù)

工程布置：根據(jù)本次疏放水工程施工的目的和任務(wù)，在4-2煤輔運(yùn)大巷設(shè)計(jì)施工鉆孔8個(gè)，所有鉆孔由4-2煤輔運(yùn)大巷頂板向2-2煤總回風(fēng)巷底板施工。

鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)：鉆孔編號(hào)按積水點(diǎn)順序編號(hào)，分別為T(mén)8、T7、T6、T5、T4、T3、T2、T1，具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 2-2煤一盤(pán)區(qū)總回風(fēng)巷疏放水工程鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 施工工藝及施工技術(shù)要求

孔位要求：嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)孔位施工，施工順序按孔號(hào)順序由小到大施工，如需調(diào)整孔位及補(bǔ)充施工探放水鉆孔，必須經(jīng)技術(shù)部門(mén)同意后方可進(jìn)行。

開(kāi)孔要求：鉆孔嚴(yán)格按設(shè)計(jì)開(kāi)孔位置、仰角及方位角施工。

地點(diǎn)要求：鉆孔開(kāi)口時(shí)，按設(shè)計(jì)位置避開(kāi)鋼帶、錨桿等不利于錨索施工的地點(diǎn)。

先開(kāi)后擴(kuò)：從4-2煤輔運(yùn)大巷頂板向2-2煤總回風(fēng)巷低洼處開(kāi)孔，使用ZDY4200L履帶式坑道鉆機(jī)，鉆桿直徑為73 mm，鉆孔以φ113 mm鉆頭開(kāi)口，貫通后再以φ215 mm鉆頭擴(kuò)孔。

臨時(shí)封堵：終孔后，施工隊(duì)需向調(diào)度指揮中心匯報(bào)施工情況，并采取臨時(shí)封堵措施，提前準(zhǔn)備好木楔子，在4-2煤輔運(yùn)大巷鉆孔開(kāi)孔處用木楔子臨時(shí)封堵孔口。

3.4 穿管及封孔

鉆孔完成后從回風(fēng)大巷向輔運(yùn)大巷穿φ159管路，穿管長(zhǎng)度以鉆孔實(shí)際施工進(jìn)尺為主，管路分為2種：①帶絲扣φ159管路9～10根，每根4 m，通過(guò)絲扣連接；②普通φ159管路9～10根，每根4 m，通過(guò)焊接方式連接。穿管剩最后2 m用麻線纏繞，麻線上灑封孔液(聚氨酯A+B)，封孔液膨脹后將管路與鉆孔間間隙填充，防止漏風(fēng)，最后將管路與輔運(yùn)巷排水管路對(duì)接，將水引流至4-2煤排水系統(tǒng)，如圖6所示[9-12]。

圖6 4-2煤輔運(yùn)大巷泄水鉆孔

4 疏放水工程施工情況與經(jīng)驗(yàn)交流

4.1 工程施工情況

2-2煤總回風(fēng)巷疏放水工程共施工鉆孔7個(gè)，其中T5孔貫通位置較好一次性成孔，T4和T2孔貫通位置不理想，經(jīng)掏槽后可將最低處積水引流至貫通處，符合施工要求；T3和T1孔貫通位置很不理想，經(jīng)施工補(bǔ)充鉆孔T3補(bǔ)和T1補(bǔ)，符合施工要求。本次疏放水工程累計(jì)進(jìn)尺318 m，累計(jì)安裝φ159管路約320 m，2-2煤總回風(fēng)巷5處積水均引流至4-2煤輔運(yùn)巷排水系統(tǒng)中，圓滿(mǎn)完成了工程設(shè)計(jì)要求。

4.2 經(jīng)驗(yàn)交流

全面提高煤礦開(kāi)采的安全性，礦井的“一通三防”工作必不可少。將礦井防治水工作與通風(fēng)工作進(jìn)行有機(jī)結(jié)合后，不僅提升了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且更加有效地保障了礦井的安全生產(chǎn)，提升了礦井風(fēng)險(xiǎn)管控水平。

消除了制約礦井安全生產(chǎn)的隱患：為同類(lèi)礦井解決類(lèi)似問(wèn)題提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。2-2煤總回風(fēng)巷如出現(xiàn)管路爆裂漏水或風(fēng)泵故障導(dǎo)致積水不斷聚積，局部低洼處就可能出現(xiàn)全斷面水淹，造成全礦井風(fēng)流短路，輕則出現(xiàn)瓦斯超限，重則發(fā)生重大人身傷亡事故。該疏放水工程施工完畢后，2-2煤總回風(fēng)巷低洼處如遇積水，積水經(jīng)鉆孔自流至4-2煤輔運(yùn)大巷，后進(jìn)入4-2煤排水系統(tǒng)，徹底解決2-2煤總回風(fēng)巷水淹全斷面造成風(fēng)流短路隱患，實(shí)現(xiàn)安全效益。該技術(shù)適用于上下煤層巷道沿同一方向布置，且巷道在空間上近乎重疊的布置方式，為此類(lèi)礦井解決類(lèi)似問(wèn)題提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

減少設(shè)備使用和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)降本增效：布爾臺(tái)煤礦總回風(fēng)巷原來(lái)使用風(fēng)泵排水，風(fēng)泵具有單價(jià)高、易損壞、運(yùn)行不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，2-2煤總回風(fēng)巷施工疏放水孔后，原來(lái)的風(fēng)泵均回收，實(shí)現(xiàn)了2-2煤總回風(fēng)巷積水自然留至4-2煤輔運(yùn)大巷排水系統(tǒng)，減少了設(shè)備維護(hù)量和采購(gòu)設(shè)備成本，起到降本增效的作用。

減員增效，緩解排水壓力:實(shí)施2-2煤總回風(fēng)巷疏放水后，每天減少排水崗位工約12名，既實(shí)現(xiàn)了減員增效，又解決了機(jī)電隊(duì)人員短缺的問(wèn)題，將原總回風(fēng)巷崗位工安排至其他崗位頂崗，有效緩解了礦內(nèi)排水壓力。

短距離、小傾角鉆孔經(jīng)驗(yàn)積累:鉆孔施工過(guò)程中鉆桿受自重、巖性等影響出現(xiàn)“飄孔”，再加上貫通位置要求相對(duì)較高，所以角度控制成為本次疏放水工程的技術(shù)關(guān)鍵，經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，鉆孔仰角在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上加大4.5°，貫通位置正好在2-2煤總回風(fēng)巷低洼巷道底板三角處，貫通位置精確，為后期類(lèi)似工程施工和布爾臺(tái)煤礦上覆采空區(qū)疏放水工程施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，布爾臺(tái)煤礦2-2煤施工總回風(fēng)巷疏放水，對(duì)提升煤礦的風(fēng)險(xiǎn)管控水平及保證煤礦的安全生產(chǎn)起到了積極作用，同時(shí)也為類(lèi)似礦井提供了借鑒。