鄰積水采空區(qū)巷道探放水設(shè)計及安全措施

司金文

（晉能控股煤業(yè)集團南河煤礦，山西 高平 048000）

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團南河煤礦15108 運輸順槽位于井田一采區(qū)，巷道南部分別采區(qū)運輸大巷、回風大巷及膠帶大巷，東部為采區(qū)邊界，西部為15106 工作面采空區(qū)。 15108 運輸順槽與西部的15106 工作面采空區(qū)間煤柱寬度為25 m。 15106工作面于2020年6月回采結(jié)束，工作面標高為+874 m，預(yù)計采空區(qū)內(nèi)積水量為3 310 m3。 水文地質(zhì)資料顯示，15#煤層與3#煤層導通，15106 采空區(qū)充水因素主要為大氣降水、 上覆3#煤層采空區(qū)積水及構(gòu)造裂隙水等。

15108 運輸順槽設(shè)計長度為1 660 m，巷道寬度為4.5 m，高度為3.2 m，巷道掘進煤層為15#層，煤層平均厚度為3.2 m，巷道沿煤層掘進，15108 運輸順槽掘進標高為+875 m。 巷道采用綜合機械化掘進工藝，截止2021年3月12日巷道已掘進至487 m，通過鉆探發(fā)現(xiàn)巷道在450～640 m段為地塹構(gòu)造，巷道在該區(qū)段平均標高為+872.4 m，導致巷道掘進過程中受15106 采空區(qū)積水影響，采空區(qū)側(cè)巷幫片幫嚴重，并出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。 通過現(xiàn)場觀察，巷道在450～487 m 段，巷道內(nèi)平均涌水量為2.8 m3/h，且伴隨著巷幫片幫、 圍巖破碎現(xiàn)象，制約著巷道安全快速掘進。

2 采空區(qū)探放水設(shè)計

為了保證15108 運輸順槽后期過地塹段安全快速掘進，防止水害事故發(fā)生，決定對15106 采空區(qū)采取探放水措施。

2.1 鉆探設(shè)備

15108 運輸順槽采用ZQJC-400/7.1 型液壓鉆機，直徑為63 mm，長度為1.5 m 的中空鉆桿及直徑為75 mm 合金鋼鉆頭聯(lián)合進行鉆孔施工；孔口管直徑為108 mm，壁厚為4 mm 的無縫鋼管，每根無縫鋼管長度為2.0 m，鋼管外部采用直徑為6 mm 圓鋼焊接成螺旋狀，增加鋼管摩擦力；采用PKJW 型環(huán)形封孔器進行鉆孔處理[1]。

2.2 鉆場及鉆孔布置參數(shù)

（1）15108 運輸順槽掘進至487 m 處，布置探水鉆場對15106 采空區(qū)進行探放水。在487～620 m段共計布置4 個探水鉆場，鉆場布置間距為50 m，在每個鉆場底板施工一個臨時水倉，并安裝一臺功率為5.5 kW 的立式排水泵。

（2）每個鉆場內(nèi)布置3 個探水鉆孔（鉆孔編號為1#、2#、3#），鉆孔開口位置距頂板間距為1.0 m，鉆孔間距為1.0 m，為了實現(xiàn)超前放水目的，鉆孔與采空區(qū)側(cè)煤柱成25°斜角布置，鉆孔深度為70 m，鉆孔直徑為75 mm，如表1 所示。

表1 15108 運輸順槽探水鉆孔布置參數(shù)

（3）1#鉆孔以0°角布置，2#鉆孔以2°仰角布置，3#鉆孔以5°仰角布置，如圖1 所示。在鉆場前后20 m 處各施工一組校驗鉆孔，每組兩個，分別位于頂板下1.0 m 以及1.5 m 處，主要用于對鉆場放水效果的檢驗；若鉆場放水后檢驗鉆孔水壓、水量未出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，需重新施工探水鉆孔進行二次放水。

圖1 15106 采空區(qū)探水鉆孔布置

2.3 鉆孔封孔工藝

為了保證鉆孔放水效果，避免放水過程中因水壓作用導致孔口煤巖體出現(xiàn)松動、垮落現(xiàn)象，安裝孔口管并采用水泥砂漿、封孔器進行封孔處理。

（1）鉆孔擴孔施工：鉆孔安裝孔口管之前需對鉆孔擴孔，擴孔深度根據(jù)圍巖穩(wěn)定情況進行確定。擴孔后必須保證孔口及終孔位置位于穩(wěn)定煤巖體內(nèi)。15108 運輸順槽探水鉆孔擴孔深度為11 m，擴孔直徑為132 mm。

（2）孔口管安裝：鉆孔擴孔到位并清理完擴孔段煤屑后，對擴孔段內(nèi)安裝6 根孔口管，相鄰兩根孔口管之間采用絲扣連接，連接長度為0.2 m，孔口管外露端依次安裝控制閘閥、法蘭盤、壓力表、卸壓裝置等。

（3）封孔施工：孔口管安裝后，對擴孔段底部孔口管與孔壁之間采用膨脹水泥封堵，封堵長度為0.5 m，然后安裝一個PKJW 型環(huán)形封孔器，在孔口處同樣安裝一個環(huán)形封孔器，兩個封孔器安裝距離為10 m，在孔口段同樣采用膨脹水泥封堵；封孔器安裝后對兩個封孔器之間形成的環(huán)形空間內(nèi)埋入一根注漿軟管，注漿管的一端與注漿泵連接，最后對環(huán)形空間內(nèi)進行注漿施工，如圖2所示。 注漿液采用膨脹劑、 固體速凝劑、 水以及425#水泥等以1:1:5:5 配比混合漿液，注漿壓力為2.0 MPa。

圖2 15106 采空區(qū)探水鉆孔封孔平面

（4）耐壓試驗：鉆孔封孔3 h 后對封孔段進行注水耐壓試驗，注水壓力為3.5 MPa。 注水過程中觀察孔口管穩(wěn)定情況以及煤壁滲水情況，若發(fā)現(xiàn)注水期間孔口管竄動、 煤壁滲水時必須重新進行封孔處理[2]。

3 探放水安全措施

1）探水鉆場必須布置在頂板及巷幫穩(wěn)定區(qū)域，嚴禁將鉆場布置在構(gòu)造區(qū)、應(yīng)力區(qū)內(nèi)。 在布置鉆場前必須對鉆場及前后5.0 m 范圍內(nèi)頂板進行加固，可采用施工組合錨索、錨索吊棚等支護措施進行補強支護。

2）探水鉆孔施工前必須由專業(yè)測量人員現(xiàn)場指導，對鉆孔開口位置現(xiàn)場給定。 鉆孔施工過程中每鉆探1.0 m，準確記錄鉆孔內(nèi)巖性，及準確掌握鉆孔軌跡[3]，保證鉆孔沿設(shè)計方向鉆進。

3）鉆孔在施工過程中發(fā)現(xiàn)頂鉆、噴鉆現(xiàn)象時，必須立即停止鉆進，嚴禁拔出鉆桿[4]，必須查明原因方可繼續(xù)鉆進；鉆進期間在鉆場必須安裝瓦斯等有害氣體傳感器，發(fā)現(xiàn)有害氣體超限時必須停止作業(yè)，并及時撤人[5]。

4）鉆孔放水前在鉆場底板處施工一個臨時水倉，水倉規(guī)格為長×寬×深=1.0 m×1.0 m×1.5 m，水倉內(nèi)安裝一臺5.5 kW 的臥式水泵，采用排水軟管與采區(qū)水倉連接。

5）為了防止放水過程中因高壓水流沖擊作用，造成鉆場煤壁出現(xiàn)垮落現(xiàn)象，在放水前對鉆場煤壁安裝L 型鋼棚，具體工序如下：①15108 運輸順槽鉆場安裝的L型鋼棚由頂梁和棚腿、卡纜等部分組成，棚腿長度為3.5 m，頂梁長度為1.5 m，頂梁中部焊接一個直徑為30 mm 圓孔；②L 型鋼棚安裝在鉆場前后5.0 m 范圍，安裝間距為1.0 m，每個鉆場共計安裝10 架鋼棚，鋼棚安裝時棚腿與巷幫預(yù)留0.15 m 間隙，頂梁與頂板采用錨桿進行固定；③相鄰兩架L 型鋼棚安裝后，在棚腿與巷幫之間填充水泥背板如圖3 所示，水泥背板長度為1.2 m，寬度為0.3 m。

圖3 15108 運輸順槽探水鉆場L 型鋼棚架設(shè)

6）15106 采空區(qū)內(nèi)積水水壓大于0.1 MPa 時安裝卸壓裝置；鉆孔放水過程中根據(jù)水壓變化控制放水量大?。粶蚀_記錄每個鉆孔內(nèi)放水量，以及校驗鉆孔放水情況；確定鉆孔放完水后，及時對鉆孔采用水泥砂漿進行封堵。

4 結(jié)語

15106 采空區(qū)采取探放水施工后，通過現(xiàn)場觀察，每個鉆場平均放水時間4.5 d，每個鉆場平均初始放水量為47.2 m3/h，4 天后鉆場平均放水量為0.74 m3/h，鉆場放水衰減率為98.4%，4 個鉆場總放水量為3 288 m3/h。 巷道在后期掘進過程中未出現(xiàn)巷幫垮落、嚴重涌水現(xiàn)象，巷道內(nèi)涌水量減少至0.12 m3/h，通過對15106 采空區(qū)積水探放水施工后，基本消除了采空區(qū)水害隱患，取得了顯著成效。