掘进巷道探放水施工设计安全技术研究

摘要：为了保证巷道安全快速掘进，避免巷道掘进期间发生透水事故，山西煤炭运销集团华阳煤业有限公司通过技术研究，决定对15102回风顺槽掘进期间采取合理有效的探放水施工设计。对15102回风顺槽掘进期间采取的探放水施工设计进行了分析，并提出了若干项安全技术措施。实际应用效果表明，施工巷道的探放水施工消除了巷道水害影响，取得了显著应用成效。

关键词：煤矿；掘进巷道；探放水施工设计；安全技术措施

探放水施工是巷道掘进消除水害的重要技术手段，它具有施工工艺简单、便于操作、效果好等优点。巷道掘进期间可通过探放水施工明确巷道四邻积水区位置、积水范围、积水量等[1]，从而避免水害事故发生。本文以华阳煤矿的15102回风顺槽为例进行探讨。为了保证巷道安全快速掘进，防止巷道掘进期间水害事故发生，决定在巷道掘进期间采取合理有效的探放水施工设计及安全技术措施，进一步提高煤矿探放水施工效率，保证探放水施工安全。

1工作面概述

15102回风顺槽位于一采区西部，西侧距离15101运输顺槽15m，南临15#煤轨道大巷，北侧为井田边界线，东侧为15102回采工作面。巷道掘进至530m处进入原常庄煤矿15#煤层旧巷警戒线内。原常庄煤矿15#煤层旧巷位于15102回风顺槽东侧，15102回风顺槽距离原常庄煤矿15#煤层旧巷92.5m。15102回风顺槽布置在15#煤层中，水平标高+657～+660m，沿顶板破底掘进，巷道设计长度1113m，工程量为15359.4m3，预计巷道平均坡度为-1°～2°，巷道断面规格为宽×高=4.5m×4.0m。巷道煤层为15#煤层，平均厚度4.0m，煤层夹矸0～2层，分上下2层，均为局部区域赋存，上层为0～0.15m的薄夹矸，下层为0～0.6m的夹矸，下层夹矸对煤质有一定影响。另外根据已掘两顺槽及切眼揭露断层、坑透成果综合分析得出，工作面内断层及坑透异常区会增加煤的灰分，对煤质有一定影响。华阳煤矿地测科提供的工作面水文地质资料显示，15102回风顺槽掘进范围内上方有9#煤层采空区，可能有部分老空积水，为15#煤层的主要充水来源，基本为沿裂隙渗出。根据水的渗透系数和回采采动影响范围，预计回采时会有一定量的顶板裂隙水，对巷道掘进影响较大，为保证巷道安全快速掘进，决定对巷道采取超前探放水施工。

215102回风顺槽探放水施工设计

2.1探放水钻孔设施。15102回风顺槽探放水钻孔主要采用KHYD-75型矿用煤（岩）电动钻机进行施工，电机功率为45kW，钻孔直径为63mm，每根钻杆长度为1.5m，导向钻头为直径75mm的三翼合金钻头，扩孔钻头为直径130mm三翼合金钻头[2]。2.2探放水钻孔布置设计。a)根据巷道四邻水文地质情况，决定对巷道每个钻场布置2排探放水钻孔，上排4个（1#，2#，3#，4#），下排3个（5#，6#，7#），钻孔深度70m，所有钻孔成扇形布置。b)所有钻孔深度为70m，1#～4#钻孔为顶板钻孔，钻孔施工在距顶板1.5m处的煤壁上，相邻2个钻孔间距0.8m，钻孔与煤壁夹角78°，其中1#和2#2个钻孔与巷帮夹角为0°，3#和4#2个钻孔与巷帮夹角为13°，如图1所示。c)5#，6#，7#3个钻孔为工作面迎头钻孔，与第一排钻孔排距为0.5m，相邻2个钻孔之间距离为0.8m，所有钻孔垂直煤壁布置，其中5#，7#钻孔与巷帮夹角为8°。d)15102回风顺槽掘进期间超前钻探允许掘进距离为40m，超前距离为30m，两帮安全控制距离为16m（见图2），在允许掘进距离范围内钻孔横剖面上间距为3.0m。2.3钻孔封孔技术。由于15102回风巷掘进煤层为15#煤层，煤层稳定性差易破碎，需对钻孔进行封孔施工。a)通过对煤层施工检验孔发现，钻孔往里10m范围内分别形成应力破坏区、应力破坏减弱区、原岩应力平衡区，在应力破坏区和应力破坏减弱区范围内煤体松软且裂隙发育，在此区域内需安装孔口管并进行封孔处理，因此决定封孔长度为10m。b)首先采用导向钻头（直径为75mm）进行开孔施工，当钻孔施工深度达10.5m时及时停止钻进，并更换扩孔钻头（直径130mm）进行扩孔施工，扩孔深度为10m，扩孔后钻孔直径为130mm。c)钻孔扩孔后在扩孔段安装3根孔口管，每节孔口管长度为3.5m，直径为112mm，孔口管对接安装后采用专用注浆泵对孔口管与孔壁之间间隙填充聚氨酯浆液，注浆压力为1.5MPa。

3探放水施工安全技术措施的应用

a)探放水施工前必须对工作面煤壁及附近顶板进行加强支护，对片帮不稳定煤壁可施工玻璃钢锚杆进行加固，若破碎严重时可采用聚氨酯、马丽散等注浆加固；对于钻场顶板可支设木柱进行加固，木柱距煤壁间距为2.0m，木柱支设间距为0.5m，木柱支设时必须保证两端与顶底板接触严实[3]。b)探放水施工前在钻场附近50m范围内施工1个临时水仓，水仓容积为40m3，水仓内安装2台排水泵，水泵功率为37kW，排水管路与采区水仓相连；巷道掘进长度不足200m时，施工排水沟与采区水仓相连。c)探水钻孔施工时必须由专业探放水技术人员进行现场指导，按照探放水施工设计准确施工钻孔深度、角度、数量等技术参数，并根据水文地质资料确定积水区水压大小。d)钻机安装前必须对钻机安装地点进行起底硬化，起底深度为0.3m，浇筑强度为C30，钻机安装必须牢固可靠，钻机底座与底板采用4根地锚进行固定，钻机安装、拆卸时必须办理停电手续[4]。e)为保证探放水施工安全，积水水压大于1MPa时必须在钻孔孔口处安装止逆阀、泄压阀及控制阀门等。f)钻孔必须安装孔口管，孔口管长度不得小于9m，孔口管安装必须牢固可靠；在钻孔施工过程中若发现煤壁松软、钻孔塌孔严重及顶钻现象，则必须立即停止钻进但不得拔出钻杆，并及时向调度室、地测科汇报，采取合理有效的技术措施；在钻进时若水压较大，则应采用反压的方法进行钻孔钻进。g)在钻孔施工期间应实时掌握钻孔煤岩层变化情况，特别是钻孔穿层时应准确记录煤岩层厚度，钻孔每钻进10m，准确测量钻孔深度，钻孔钻进到位后观察终孔位置岩性及钻孔是否出现流水现象。h)在钻场附近必须安装瓦斯传感器、一氧化碳传感器等气体传感器，钻孔施工期间应安排1名专职的瓦斯检测工对钻场附近气体进行实时监测，当钻孔钻进期间发现瓦斯、CO超限现象时必须立即撤人[5]，并通知通风区加强钻场通风，钻场内有害气体浓度降低至设计值后方可继续施工。i)探放水钻孔施工至积水区后在放水过程中应详细记录水压变化情况、水质、水温及水量等，放水期间应控制钻孔流量。钻孔探放水施工完成后应对钻孔采用水泥砂浆进行封孔处理，封孔深度不得小于5m，封孔后每班应安排专人对钻孔渗水、气体浓度进行检测。

4结语

截至2019年7月8日，15102回风顺槽已掘进到位，巷道掘进期间共计施工15个钻场，布置75个钻孔，其中顶板钻孔45个，迎头钻孔30个，探放水施工过程中共计出现23个湿孔，分别位于巷道里程650～760m段及巷道里程970～104m段，共计放水量为2311m3；15102回风顺槽通过探放水施工后，巷道在后期掘进中未出现顶板淋水、涌水等现象，基本消除了上覆9#煤层采空区积水隐患，保证了巷道安全快速掘进，取得了显著应用成效。

参考文献：

［1］王强.掘进巷道顶板裂隙水探放水施工设计［J］.煤矿现代化，2020(4)：18-19.

［2］吕振绘.掘进巷道探放水施工工艺研究［J］.山西能源学院学报，2020(3)：26-28.

［3］连洪全.安顺煤矿采空区探放水方案设计与实践［J］.现代矿业，2020(6)：179-181.

［4］刘新成.小沟煤矿定向探放水设计与应用［J］.山东煤炭科技，2020(2)：131-134.

［5］梁青青.两侧采空区巷道探放水工程设计与应用研究［J］.当代化工研究，2019(4)：81-82.

作者:原亮亮 单位:山西煤炭运销集团华阳煤业有限公司