掘进巷道地质探放水施工设计与安全措施

时间：2024-07-28

王海龙

（潞安集团司马煤业公司，山西长治 047105）

煤矿地质探放水是保证采掘工作面安全掘进、避免矿井水害事故发生的有效途径，但是实际矿井探放水施工时存在很多问题：（1）探水施工设计不合理。探水施工盲目性大，钻孔布置不合理，造成探水施工后未能完全消除水害隐患；（2）钻孔封孔质量差。探水钻孔施工后未能采取有效措施进行封孔，造成放水时喷孔事故发生；（3）安全措施不到位。在探水施工期间未采取有效的安全施工措施，导致人员伤亡、机电设备损坏等事故发生。对此，司马煤业公司地测科在1211运巷掘进期间采取了合理有效的探放水施工设计及安全措施。

1 工作面概述

潞安集团司马煤业公司1202运巷位于井田二采区北翼，巷道东部为1201工作面采空区，南部为采区大巷，西部、北部为实煤区。1202运巷设计长度为1153m，巷道断面规格为宽×高=5.2×3.6m，巷道沿石炭系3#煤层底板平行掘进，煤层平均厚度为6.9m。巷道直接顶以泥岩与粗粒砂岩混合岩层为主，平均厚度为4.2m，岩石裂隙发育；基本顶主要以细砂岩为主，平均厚度为11.2m，巷道已掘进375m。

电法勘探成果显示，在1202运巷掘进范围内顶板往上6.0～7.5m处共有4处富水区域，主要为顶板砂岩裂隙含水层水，分别位于巷道477m、676m、792m以及960m处，预计总积水量达2787m3，对巷道掘进影响很大；同时受向斜构造影响，1202运巷及1201工作面采空区在854～991m处存在低洼处，预计1201采空区低洼处积水量达560m3，而1202运巷与采空区预留保安煤柱厚度为20m，该采空区积水对巷帮维护及巷道掘进产生一定影响。为了保证1202运巷安全高效掘进，避免透水事故发生，司马煤业公司决定采取探放水措施。

2 1202运巷探放水设计

2.1 钻机及放水设备选取

1202运巷采用一台型号为ZDY4000S，功率为55kW的钻机进行探水钻孔施工，钻杆长度为1.5m，直径为62mm，并配套直径为75mm的三翼钻头，扩孔钻头直径为150mm。长度为6.0m，直径为127mm无缝孔口管、法兰盘以及注浆泵等。

2.2 探水钻孔布置参数

（1）1202运巷探水钻孔设计长度为90m，钻孔呈扇形布置，工作面迎头共布置两排探水钻孔，每排五个探水孔，1#～5#钻孔为顶孔，6#～10#钻孔为周边孔，顶孔主要探放顶板裂隙含水层水，周边孔主要探放巷道周边积水，巷道允许掘进为70m，超前距为20m，巷道巷帮安全距为25m，如图1所示。

图1 司马矿1202运巷探水钻孔布置示意图

（2）工作面迎头顶孔布置在距巷道顶板1.5m处，钻孔与工作面呈6°仰角布置，钻孔间距为1.0m；周边孔与顶孔间距为1.0m，钻孔垂直工作面布置，钻孔间距为1.0m。各钻孔参数如表1所示。

2.3 封孔长度确定

由于受巷道开挖应力以及探水钻孔施工扰动影响，钻孔开口往里一定范围内孔壁岩体出现破碎现象，从孔口往里依次形成应力破坏区、应力破坏减弱区以及应力平衡区，所以钻孔封孔终孔位置必须位于应力平衡区内，司马矿通过“煤屑量”法确定钻孔封孔长度。

（1）探水钻孔施工前，在工作面距顶板2.0m处施工三个试验钻孔，钻孔深度为15m，钻孔直径为75mm，每个钻孔施工期间必须对钻孔每米产生煤屑量进行记录。

（2）通过现场实际观察记录发现，试验钻孔在0～3m范围内，每米钻孔产生的煤屑量基本稳定，平均为2.1kg/m；3～6m范围内平均产生的煤屑量逐渐降低，平均为1.6kg/m；在6～15m范围内每米钻孔产生的煤屑量再次趋于稳定，平均为1.2kg/m。

表1 1202运巷探水钻孔参数表

由此可以判定，1202运巷钻孔施工时，在0～3m范围内为应力破坏区，3～6m范围内为应力破坏减弱区，在6.0m以外为原岩应力平衡区，所以为了减少封孔长度，保证封孔效果，决定将1202 运巷探水钻孔封孔长度确定为8.0m。

2.4 封孔工艺

（1）当钻孔钻进8m时停止钻进，采用直径为150mm钻头扩孔，扩孔深度为6.0m，扩孔后及时清理孔内浮煤，并安装孔口管。

（2）在探水钻孔上下各施工一个注浆孔，开口位置与探水钻孔间距为0.5m，注浆孔直径为30mm，注浆孔孔深为6.5m，注浆孔施工完后采用高压注浆泵向孔内注射聚氨酯粘剂，待煤壁出现浆液渗透时立即停止注浆并对钻孔进行封堵。

（3）在孔口管与孔壁之间间隙内埋入注浆小管，并由里向外填充膨胀水泥，当膨胀水泥填充至距探水钻孔孔口0.5m处及时采用速干剂水泥进行孔口封堵处理，如图2所示。

（4）探水钻孔孔口管固定2h后，对钻孔内注射高压水进行孔口耐压试验，注水压力不得低于2MPa，耐压试验期间应观察孔口管稳固情况以及渗水情况，耐压试验持续1h，孔口管未出现松动且无渗水现象时视为封孔合格。

图2 1202运巷探放钻孔封孔工艺施工平面示意图

3 探放水安全施工措施

（1）掘进工作面在进行钻孔施工前应对钻场附近支护补打到位，对破碎顶板及巷帮应采取支设木柱、架棚等方法进行加固，并在钻场附近安装CH4、CO等有害气体传感器以及专用电话机。

（2）在施工巷道挖掘排水沟，排水沟规格为宽×深=0.3×0.3m，在巷道附近施工一个临时水仓并安装完善的排水设施，水仓容积及排水设施应满足巷道放水需求。

（3）探放水钻孔施工时钻孔深度、角度、间距、数量、位置等参数必须符合设计要求，钻进期间必须记录岩、煤层厚度，每钻进10m及时丈量钻孔深度，终孔前必须再次确认钻孔深度。

（4）钻孔施工期间发现煤体松软、顶钻、水压加大、渗水等现象时必须立即停止钻进，测量钻孔深度，严禁拔出钻杆，并立即汇报矿调度室采取有效措施。

（5）钻孔过程中应配备专职的瓦斯检测供随时对钻场有害气体检测，发现钻孔内有害气体喷出时必须立即停止钻进，立即撤出钻场及其附近所有人员，并加强钻场通风。

（6）放水期间应详细记录钻孔终孔位置、放水量、水压、放水时间等，发现钻孔内喷高压水或者水压过大时应在孔口位置安装防喷装置。

（7）钻孔放水完成后及时采用注水泥砂浆的方法对全孔进行封堵，并做好封孔记录，为了保证完全消除积水隐患，在积水区域附近施工三个放水验证孔，验证孔无流水时说明放水完全。

4 探放水效果分析

（1）1202运巷掘进期间对工作面布置扇形探水钻孔进行探放水后，工作面顶板共计放水量为2751m3，确定主要为顶板砂岩裂隙水，比预计放水量少36m3。主要是因为司马矿回采煤层为石炭系3#煤层，煤层厚度为6.9m，煤层松散，煤层内钻孔长度为40m(不包括封孔段），在放水过程中积水在煤层内钻孔段渗透现象严重，导致顶板实际放水量比预计放水量少。

（2）1201采空区侧共计放水量为549m3，主要为1201采空区低洼处积水，比预计放水量少11m3。主要因为在1201工作面回采时，在890m处布置一个临时水仓，水仓深度为1.5m，水仓有效容积为15m3，在实际放水时废弃水仓积水无法完全排放，导致1201采空区实际放水量比预计放水量少。

（3）1202运巷探放水施工后，在掘进过程中未出现大的涌水现象，仅在巷道790m处顶板出现局部淋水，但最大涌水量仅为1.7m3/min，对巷道掘进未构成威胁，保证了巷道安全掘进。