回采巷道富水區(qū)域掘進(jìn)超前探放水技術(shù)研究

郭飛宇

（山西汾西正佳煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 隰縣 041300）

探放水是避免回采巷道掘進(jìn)過程中突水的主要技術(shù)措施，隨著探放水技術(shù)以及先進(jìn)鉆探設(shè)備、勘探設(shè)備的投入使用，礦井水害防治效果得以顯著提升[1-2]。不同礦井間水文地質(zhì)條件、探放水設(shè)備以及施工技術(shù)等存在差異，從而導(dǎo)致探放水效果存在一定差別[3]?，F(xiàn)場(chǎng)探放水實(shí)踐總結(jié)發(fā)現(xiàn)，探放水施工中主要存在探放水鉆孔設(shè)計(jì)不合理、鉆孔封孔質(zhì)量差以及安全措施執(zhí)行不到位等問題[4-7]。

本文以山西某礦51103 回風(fēng)巷掘進(jìn)為工程實(shí)例，對(duì)回采巷道掘進(jìn)過富水區(qū)域進(jìn)行超前探放水，實(shí)現(xiàn)了巷道安全掘進(jìn)。

1 工程概況

51103 回風(fēng)巷位于5 采區(qū)北翼，巷道東側(cè)為已經(jīng)回采完畢的51101 工作面采空區(qū)，北側(cè)為采區(qū)集中軌道、運(yùn)輸大巷，南側(cè)以及西側(cè)均為未開采的實(shí)體煤。51103 回風(fēng)巷設(shè)計(jì)斷面形狀為矩形，凈寬、凈高分別為5.2 m、3.6 m，掘進(jìn)距離為1 159 m，沿著11 號(hào)煤層底板掘進(jìn)。51103 回風(fēng)巷采用EBZ260 綜掘機(jī)掘進(jìn)，月掘進(jìn)進(jìn)尺為300 m，采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，現(xiàn)回風(fēng)巷已掘進(jìn)605 m。

11 號(hào)煤層厚度平均6.85 m，賦存穩(wěn)定，全區(qū)可采，為礦井主采煤層。11 號(hào)煤層直接頂為粗砂巖、泥巖互層，厚度均值為4.2 m、裂隙發(fā)育；基本頂為細(xì)砂巖，厚度均值11.6 m，裂隙不發(fā)育，為中硬巖層；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度均值3.3 m，內(nèi)含黏土，遇水容易膨脹，為軟巖。

根據(jù)已有物探資料顯示，在51103 回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面前方存在有富水區(qū)域，該區(qū)域主要集中在掘進(jìn)進(jìn)尺720～830 m 區(qū)間，涌水水源主要為頂板砂巖裂隙水，富水性較差，預(yù)計(jì)富水總量約為3 690 m3。該富水區(qū)域給回風(fēng)巷掘進(jìn)帶來一定的安全威脅。為了確?；仫L(fēng)巷掘進(jìn)安全，需要對(duì)回采巷道掘進(jìn)前方富水區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性進(jìn)行探放水。

2 超前探放水設(shè)計(jì)

2.1 鉆孔設(shè)計(jì)

超前探放水鉆孔采用井下使用的ZDY4000S 鉆機(jī)，該鉆機(jī)額定功率為55 kW、配套長(zhǎng)度1 500 mm、Ф62 mm 中空鉆桿，鉆頭為三翼鉆頭（Ф75 mm），擴(kuò)孔采用Ф133 mm 鉆頭。配套使用的其他鉆進(jìn)設(shè)備有注漿泵、法蘭盤以及無縫孔口管（Ф108 mm）。

在巷道掘進(jìn)距離富水區(qū)域10 m 以外時(shí)即在掘進(jìn)迎頭施工探放水鉆孔，鉆孔孔深均為90 m，并按照扇形布置。在掘進(jìn)迎頭布置上下兩排鉆孔，其中上排鉆孔（編號(hào)1 號(hào)—5 號(hào)）有一定仰角主要對(duì)頂板裂隙水進(jìn)行探測(cè)以及疏排；下排鉆孔（編號(hào)6 號(hào)—10 號(hào)）順著巷道掘進(jìn)方向施工，用以對(duì)巷道掘進(jìn)空間周邊富水水體進(jìn)行探測(cè)及疏排。探測(cè)及疏排水完成后，巷道允許掘進(jìn)70 m，預(yù)留20 m 安全距離，超前探測(cè)覆蓋巷道掘進(jìn)外輪廓線20 m范圍，具體探測(cè)鉆孔布置見圖1 所示。

圖1 探測(cè)鉆孔布置示意圖（m）

探測(cè)鉆孔上排鉆孔位于巷道頂板下方1.5 m 位置，鉆孔間距為1.0 m、仰角均為6°；下排鉆孔位于頂板下方2.5 m 位置，鉆孔間距為1.0 m、仰角0°。

鉆孔鉆進(jìn)時(shí)先采用Ф133 mm 鉆頭鉆進(jìn)，鉆孔深度達(dá)到6.0 m 后，在鉆孔內(nèi)埋入無縫孔口管（Ф108 mm），注入水泥漿并進(jìn)行試壓，待承壓在2 MPa 以上且不漏水時(shí)，再使用Ф75 mm 鉆頭鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深。鉆孔鉆進(jìn)時(shí)先施工上排鉆孔、后施工下排鉆孔。

2.2 施工技術(shù)要求

1）在探放水鉆孔施工前即對(duì)施工地點(diǎn)頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，采用架棚、木柱等設(shè)備加固頂板，并在施工點(diǎn)安裝專用電話以及有害氣體傳感器。在回風(fēng)巷內(nèi)開挖排水溝渠并在溝渠表面噴涂一層厚度100 mm 以上的水泥漿層，在回風(fēng)巷附近布置臨時(shí)排水水倉(cāng)并安裝排水設(shè)備，確保滿足巷道排水需要。

2）為確保鉆孔鉆進(jìn)方位精度，在探放水鉆孔施工前應(yīng)由專業(yè)的地測(cè)人員進(jìn)行放線，并嚴(yán)格依據(jù)放線結(jié)果進(jìn)行施工。根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》以及礦井相關(guān)防治水作業(yè)規(guī)程，選用的孔口管長(zhǎng)度為5.7 m，在鉆孔內(nèi)安裝的孔口管均采用錨桿固定。在孔口管與鉆孔壁間采用超細(xì)水泥（添加一定量水玻璃）進(jìn)行封堵，具體鉆孔封孔結(jié)構(gòu)見圖2 所示。

圖2 鉆孔封孔結(jié)構(gòu)

3）采用型號(hào)ZBQ-27/1.5 注漿泵向孔口管與鉆孔壁間灌注超細(xì)水泥漿，待注漿完成且凝固24 h 后，鉆孔掃孔至6.5 m 深度。用注漿泵向孔內(nèi)泵送清水，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，當(dāng)孔口管在2 MPa 壓力以上不漏水時(shí)表明孔口管安裝合格，整個(gè)耐壓試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間應(yīng)在30 min 以上。

4）孔口管安裝合格后，在出口處安裝控水閥門并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況安裝壓力表。隨后使用75 mm 鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深。

5）鉆孔鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格記錄鉆進(jìn)長(zhǎng)度并依據(jù)排渣情況做好鉆孔孔深、巖性、出水情況記錄工作。鉆探水完成后，使用水泥漿對(duì)探放水鉆孔進(jìn)行全孔封堵，并做好封孔記錄。同時(shí)為了確保富水區(qū)域內(nèi)積水已完全排出，在積水區(qū)域周邊應(yīng)施工至少3 個(gè)驗(yàn)證孔，當(dāng)驗(yàn)證孔內(nèi)無水流出時(shí)則表明已完成積水疏排，巷道可安全掘進(jìn)。

3 探放水效果分析

1）在51103 回風(fēng)巷掘進(jìn)過富水區(qū)域前施工超前探放水鉆孔進(jìn)行疏排，期間探放水鉆累積疏排水量約為3 200 m3，疏排水量與預(yù)測(cè)富水量接近，疏排的水主要為1 號(hào)煤層上覆砂巖裂隙水。在51101 采空區(qū)側(cè)累積疏排水量為603 m3。

2）在對(duì)51103 回風(fēng)巷前方富水區(qū)域施工探放水鉆孔并進(jìn)行超前疏排后，巷道掘進(jìn)過程中絕大部分區(qū)域頂板未有淋水情況，僅在掘進(jìn)在795～812 m 范圍時(shí)頂板出現(xiàn)少許淋水，淋水量控制在0.6 m3/h 以內(nèi)，頂板淋水不會(huì)給巷道正常掘進(jìn)、圍巖支護(hù)帶來影響。通過對(duì)巷道掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)的富水區(qū)域進(jìn)行超前探放及疏排，降低了富水區(qū)對(duì)巷道掘進(jìn)及使用影響，取得較好的探放水效果。

4 結(jié)論

1）根據(jù)已經(jīng)地質(zhì)資料以及物探資料顯示，51103回風(fēng)巷掘進(jìn)前方存在有富水區(qū)域，巷道掘進(jìn)至該區(qū)域時(shí)存在頂板淋水量大、圍巖軟化等問題，給巷道掘進(jìn)及后續(xù)使用安全帶來較大威脅。

2）提出布置超前探放水鉆孔對(duì)富水區(qū)域進(jìn)行超前疏排，從而為巷道安全掘進(jìn)創(chuàng)造良好條件。

3）依據(jù)回風(fēng)巷掘進(jìn)以及地質(zhì)情況，對(duì)超前探放水鉆孔布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中僅在在795～812 m范圍內(nèi)存在頂板淋水問題，淋水量在0.6 m3/h 以內(nèi)，取得較好的探放水效果。