掘進(jìn)巷道探放水施工工藝應(yīng)用

王曉輝

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)石碣峪煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036002）

1 4012 運(yùn)輸槽概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)石碣峪煤業(yè)有限公司4012 運(yùn)輸順槽位于401 采區(qū)，工作面東部為401 運(yùn)輸下山，西部為F9 斷層，南部為F1 斷層，北部為F10 斷層。

4012 運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為710 m，巷道掘進(jìn)煤層為4 號(hào)煤層，煤層厚度4.01～8.52 m，平均6.54 m，含2～3 層夾矸，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。夾矸巖性多為泥巖、碳質(zhì)泥巖。煤層頂板為粗粒黃砂巖，底板為泥巖。4 號(hào)煤為半暗型，煤巖成分以半暗煤為主，煤巖類型以半暗煤為主，巷道沿4 號(hào)煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)。

巷道在掘進(jìn)過程中主要受頂板含水層影響，該組巖性由灰白色砂巖、灰色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、煤線等組成，砂巖為含水層。砂巖約占本組的60%，傾向上巖性變化不大，走向上具由東向西顆粒變細(xì)的趨勢(shì)。本礦在開采4 號(hào)煤層時(shí)，礦井涌水量一般為100～150 m3/d，充水水源即為山西組砂巖裂隙水。

4012 運(yùn)輸順槽采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至目前巷道已掘進(jìn)220 m，巷道掘進(jìn)前期由于受上覆含水層影響，巷道掘進(jìn)前期頂板淋水量達(dá)4.7 m3/h，為了保證巷道安全掘進(jìn)，決定對(duì)巷道采取探放水施工[1]。

2 探放水施工

2.1 探水設(shè)備

1）探水鉆機(jī)：4012 運(yùn)輸順槽探水鉆孔主要采用ZQJC-720/11 型氣動(dòng)氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，該鉆機(jī)具體參數(shù)如表1 所示。

表1 ZQJC-720/11 型氣動(dòng)鉆機(jī)參數(shù)表

2）鉆桿及鉆頭：ZQJC-720/11 型氣動(dòng)鉆機(jī)配套中空鉆桿，每根鉆桿長(zhǎng)度為1.5 m，鉆桿直徑為63 mm，鉆桿中部孔直徑為25 mm，導(dǎo)向鉆孔主要采用直徑為75 mm 鉆頭施工，擴(kuò)孔鉆頭采用直徑為130 mm 合金鋼鉆頭。

3）封孔設(shè)備及材料：4012 運(yùn)輸順槽探水鉆孔采用膨脹水泥以及麻絲、海帶聯(lián)合進(jìn)行封孔，封孔前需對(duì)封孔段安裝封孔管，封孔管為聚氨酯材質(zhì)，封孔管每節(jié)長(zhǎng)度為3 m。

2.2 探水鉆孔布置參數(shù)

由于4012 運(yùn)輸順槽四鄰關(guān)系明確，不存在老空水以及小窯水，所以無需對(duì)周邊進(jìn)行探放水施工，4012 運(yùn)輸順槽迎頭共計(jì)布置4 個(gè)探水鉆孔，鉆孔每70 m 布置一組，鉆孔布置在距頂1.5 m 煤壁上，如圖1 所示。

圖1 4012 運(yùn)輸順槽探水鉆孔布置示意圖

其中仰斜鉆孔即頂孔3 個(gè)（1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)），導(dǎo)向鉆孔即水平孔一個(gè)（4 號(hào)），給個(gè)鉆孔深度為100 m，鉆孔具體布置參數(shù)如下頁表2 所示。

表2 4012 運(yùn)輸順槽探水鉆孔布置參數(shù)

2.3 探水鉆孔封孔

4012 運(yùn)輸順槽探水鉆孔采用麻絲、海帶膨脹水泥進(jìn)行封孔，具體封孔工序如下[2-3]：

1）鉆孔施工至11 m 處時(shí)停止鉆機(jī)，及時(shí)對(duì)鉆孔內(nèi)煤削進(jìn)行清理，確?？妆谕旰茫缓笸顺鲢@機(jī)鉆桿，將原來的孔口鉆頭（直徑為75 mm）替換為擴(kuò)孔鉆頭（直徑為130 mm）。

2）鉆頭替換后進(jìn)行擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔深度為10 m，擴(kuò)孔到位后同樣對(duì)孔內(nèi)煤屑進(jìn)行清理，為了保證擴(kuò)孔精度，擴(kuò)孔到位后必須進(jìn)行測(cè)量，擴(kuò)孔深度誤差應(yīng)控制在0.2 m 范圍內(nèi)。

3）擴(kuò)孔到位依次對(duì)鉆孔內(nèi)安裝孔口管，孔口管安裝到位后對(duì)孔壁與孔口管之間填塞膨脹水泥，同時(shí)在孔口往里0.5 m 范圍內(nèi)采用麻絲、海帶進(jìn)行封堵?？卓诠芄潭? h 后鉆孔方可繼續(xù)鉆進(jìn)[4]。

3 探放水施工注意事項(xiàng)

1）鉆機(jī)安裝前應(yīng)將工作面內(nèi)煤矸清理干凈，并對(duì)鉆機(jī)安裝地點(diǎn)進(jìn)行整平，確保鉆機(jī)安裝在堅(jiān)硬底板上，若底板松軟或有積水時(shí)，可對(duì)底板鋪設(shè)方磚、鋼板或硬化處理。

2）鉆機(jī)安裝后必須保證液壓柱支撐頂板，確保鉆機(jī)安裝牢固可靠，鉆機(jī)開機(jī)前必須將風(fēng)水管路安裝到位，管路對(duì)接處必須安裝牢固可靠；鉆機(jī)在鉆進(jìn)前必須進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，確保鉆機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。

3）鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中由專業(yè)的操作人員控制鉆機(jī)，保證鉆機(jī)鉆進(jìn)速度；鉆機(jī)在鉆孔前必須由專業(yè)的技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)給定鉆進(jìn)位置，并掌握好鉆機(jī)鉆進(jìn)角度，鉆孔每鉆進(jìn)10 m 進(jìn)行一次測(cè)量，測(cè)量?jī)?nèi)容主要包括：鉆進(jìn)深度、鉆機(jī)角度、鉆機(jī)巖性情況[5]。

4）鉆孔施工過程中應(yīng)合理控制鉆進(jìn)推進(jìn)速度，當(dāng)圍巖穩(wěn)定性時(shí)可增加鉆機(jī)推進(jìn)速度，當(dāng)圍巖破碎時(shí)應(yīng)將鉆機(jī)推進(jìn)速度控制2～3 m/min，防止鉆孔出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)塌孔必須重新補(bǔ)打。

5）由于4012 運(yùn)輸順槽探水鉆孔為仰斜鉆孔，鉆孔孔口管必須安裝牢固可靠，孔口管安裝后必須進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，具體方法如下：孔口管安裝后對(duì)孔口管處高壓注水，注水壓力為積水壓力的1.5 MPa，耐壓時(shí)間不得低于10 min，耐壓試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)孔口管無竄動(dòng)現(xiàn)象，確定為封孔合格。

6）鉆孔在施工過程中必須定期對(duì)鉆孔鉆孔情況進(jìn)行測(cè)量記錄，內(nèi)容主要包括著鉆進(jìn)深度、鉆進(jìn)煤巖性以及鉆孔出水情況，當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)積水區(qū)時(shí)不得立即拔出鉆桿，對(duì)孔口處安裝壓力表、閘閥后方可把桿放水。

7）若鉆孔布置在不穩(wěn)定圍巖中，為了防止放水過程中因水壓過大導(dǎo)致煤壁垮落現(xiàn)象，放水前需對(duì)鉆場(chǎng)頂板采取支設(shè)木柱、單體柱進(jìn)行加固，煤壁可采取施工玻璃鋼錨桿以及注漿進(jìn)行加固。

8）為了防止鉆孔施工過程中出現(xiàn)瓦斯等有害氣體涌出，在距鉆場(chǎng)5 m 內(nèi)應(yīng)安裝瓦斯監(jiān)控裝置，并由專人進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)鉆場(chǎng)內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)0.8%時(shí)必須立即撤人，并采用風(fēng)流引射器對(duì)鉆場(chǎng)進(jìn)行排瓦斯。

4 實(shí)際應(yīng)用效果分析

截止2021 年3 月21 日，4012 運(yùn)輸順槽探已掘進(jìn)到位，巷道在后期掘進(jìn)期間共計(jì)布置了5 個(gè)探水鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)布置4 個(gè)探水鉆孔，其中共計(jì)5 個(gè)導(dǎo)向鉆孔，且全部為干孔，無出水現(xiàn)象；共計(jì)20 個(gè)頂板仰斜鉆孔，頂板鉆孔中有14 個(gè)為濕孔、6 個(gè)為干孔，共計(jì)放水量為3 277 m3，與探測(cè)水量基本相符；巷道在后期掘進(jìn)中位于450～610 m 段頂板淋水量相對(duì)較大，通過探測(cè)受巷道揭露的F4 斷層裂隙水影響，淋水量為1.7 m3/h，頂板淋水3 d 后淋水量衰減為0.62 m3/h，其他區(qū)域頂板平均淋水量不足0.5 m3/h，由此可見，4012 運(yùn)輸順槽采取探放水施工后，基本消除了上覆含水層水害影響，保證了巷道快速掘進(jìn)。

5 結(jié)語

探放水施工是探明采掘區(qū)域積水情況、消除水害隱患的重要技術(shù)手段，探放水施工設(shè)計(jì)直接影響著放水效率及放水精度，所以對(duì)于采掘巷道采取合理有效的探放水設(shè)計(jì)，對(duì)煤礦采掘施工安全、杜絕水害事故具有重要意義；石碣峪煤礦為了保證4012 運(yùn)輸順槽安全順利掘進(jìn)，防止頂板水害事故發(fā)生，采取了合理有效的探放水施工設(shè)計(jì)，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，采取探放水施工后巷道在后期掘進(jìn)過程中頂板淋水現(xiàn)象得到了明顯改善，解決了因頂板淋水軟化造成頂板失穩(wěn)、支護(hù)失效等技術(shù)難題，杜絕了水害事故發(fā)生，取得了顯著應(yīng)用成效。