采掘巷道頂板探放水施工設計應用

李天亮

（山西高平科興牛山煤業有限公司，山西 高平 048400）

0 引言

巷道在掘進過程中受鄰近以及上覆采空區積水影響，造成巷道圍巖穩定性差、巷道內積水量大，特別是當巷道掘進時巷道圍巖出現裂隙帶，上覆采空區積水在水壓作用下擴展了裂隙帶范圍，形成積水通道，會造成透水事故[1-2]。本文以牛山煤礦15102 運輸順槽為研究背景，對巷道掘進期間采取合理有效的探放水設計，避免水害事故發生。

1 15102 運輸順槽概述

1.1 巷道四鄰關系

15102 運輸順槽位于15 號煤一采區運輸上山巷844～1 074 m 處北側，開口方位角為0°；工作面北側鄰近礦區邊界，東側為實體煤，西側為實體煤，南側相鄰一采區回風上山巷。

巷道設計長度1 179 m，所采煤層位于石炭系上統太原組，依據臨近牛2 地質鉆孔、牛1 地質鉆孔、ZK103 綜合分析，工作面平均煤厚4.3 m，該煤層結構簡單，呈光亮型，夾鏡煤條帶，層理分明，部分煤層中間含星散狀黃鐵礦結核[3]。

1.2 水文地質情況

1.2.1 同煤層采空積水

根據《山西高平科興牛山煤業有限公司采掘工程平面圖》及已有資料顯示[4]，15 號煤層存在蘇莊采空區，位于井田東南部，距15102 工作面1 160 m，不在開采范圍內，對15102 工作面回采無影響。

1.2.2 上覆采空區積水

根據《山西高平科興牛山煤業有限公司水文地質類型報告》及15 號煤層充水性圖等資料綜合分析，15102 工作面上覆發現1 處9 號煤層采空積水異常區（J9-1），2 處物探異常區（3 號煤層采空區）及90106采空區內積水巷道。根據《煤礦防治水細則》相關規定，對15102 工作面進行回采前需對該區域采空積水及時進行疏放[5]。

2 探放水設備及鉆孔布置

2.1 探放水設備

2.1.1 鉆探設備

15102 運輸順槽探水鉆孔采用ZDY4000L 型履帶式全液壓坑道鉆機進行鉆孔施工，配套長度為1.0 m、直徑73 mm 的中空鉆桿，直徑為85 mm 的合金鋼鉆頭及130 mm的擴孔鉆頭，鉆機具體技術參數如表1 所示。

表1 ZDY4000L 型履帶式全液壓坑道鉆機技術參數表

2.1.2 排水設備

現主排水泵房選用3 臺MD280-43×7 型礦用耐磨離心式水泵（額定流量280 m3/h，揚程301 m），配套功率400 kW、電壓1 140 V 的礦用防爆電機。排水管選用2 趟Φ245 mm×8 mm 型無縫鋼管。

2.2 探水鉆孔布置

1）鉆孔布置：原則上每100 m 布置探水孔1 個（鉆孔終孔位置均探至3 號、9 號煤層頂板或老空），本次頂板探放水首先在工作面低洼處疏放9 號采空積水，其次疏放3 號采空積水。

2）15102 運輸順槽布置：共布置6 個鉆孔（具體位置為50 m、250 m、450 m、650 m、850 m、1 050 m），其中50 m、250 m、450 m 處探至9 號煤層采空區，其余鉆孔均探至3 號煤層頂板，具體布置參數如表2 所示。

表2 15102 運輸順槽頂板探水鉆孔布置參數表

3）鉆孔施工技術要求：探頂眼垂直距離取3—15號煤層的平均厚度，約為100 m，9—15 號煤層的平均厚度約為43 m，以此作為參考。鉆孔傾角按照設計角度選取，結合鉆場實際位置，實際鉆孔傾角允許浮動±5°，實際鉆孔方位角允許浮動±10°，終孔位置均探至3 號煤層或9 號煤層。

3 探放水施工工藝

3.1 鉆孔施工

選擇頂板完好、底板平整的地點，把ZDY4000L型履帶式全液壓坑道鉆機和ZDY-3200SWL 型履帶式全液壓坑道鉆機安裝好，用4 根單體柱進行固定，將鉆機調整為設計角度。

鉆孔施工時先采用直徑83 mm 的鉆頭進行導向鉆孔施工，導向鉆孔按設計角度施工，深度達15 m 后停止鉆進，然后更換直徑為130 mm 的擴孔鉆頭進行擴孔施工，擴孔到位后安裝孔口管。

3.2 孔口管安裝

3.2.1 安裝工藝

由于3 號煤層與15 號煤層垂深約100 m，9 號煤層與15 號煤層垂深約43 m，最大垂深為100 m，取水頭壓力為1 MPa，采用Φ100 mm 孔口管總長度為15 m。

首先將孔口管由管身向法蘭盤側均勻纏麻，起到最大摩擦效果；把孔口管放入孔口，升起鉆機，利用鉆機緩慢推入，直至孔口管上的托盤緊貼頂板。

孔口管安裝后采用“兩堵一注”封孔工藝，首先在封孔段前后安裝環形封孔器，使封孔段形成一個環形封堵空間[6]，如圖1 所示，在封堵空間內安裝注漿軟管，注漿軟管與專用注漿泵連接，最后進行高壓注漿施工，注漿液采用聚氨酯黏合劑，注漿壓力為2.0 MPa。

圖1 探水鉆孔“兩堵一注”封孔平面示意圖（未標單位：mm）

3.2.2 安裝注意事項

1）安裝前，現場負責人必須對作業現場進行安全確認，排查現場的安全隱患情況，不安全不作業；檢查各項作業條件是否準備充分，發現任何一項不到位或不符合要求的作業條件，禁止作業；必須將工具、材料準備到位，同時作業人員必須全部到位后，方可開始作業。

2）如需進行登高作業時，搭建平臺或使用腳手架時都必須保證平穩牢靠，并且要滿足高度要求。所有登高作業人員每人都必須佩戴1 條安全帶，并要做到“高掛低用”，吊掛安全帶時要選擇安全牢固且能夠承受人員身體重量的地方。

3）安裝時，作業人員不得少于6 人，要做到分工明確，1 人指揮和操作鉆機，2 人撬牢孔內的止水套管，2 人接管，1 人輔助，各司其職，同時又要強調相互配合，互相提示。

4）用撬棍固定孔內的止水套管時，2 人必須同時用力撬牢，并要互相提醒對方；需要松開時2 人禁止同時松開，先1 人松開后另1 人再松開。

5）注意人員站位，由于每個鉆孔的傾角不一，在每次安裝時，現場負責人要勤于觀察，及時提醒人員禁止站在或將手腳等身體部位置于止水套管可能竄落的下方。

6）用鉆機往孔內推進止水套管時，司機操作要緩慢，保持精力集中，時刻觀察推進情況，發現有異常立即停止推進，查清原因并處理好后方可繼續推進，禁止野蠻推進導致套管脫落后竄出孔外。

7）止水套管前端必須超出K2 灰巖進入泥巖層，具體的安裝長度結合施工點已探明的K2 灰巖層垂高厚度與鉆孔傾角計算得出。采用封孔注漿料在套管外壁注漿固結的方法，凝固8 h 后，安裝4 寸閘閥進行注水耐壓試驗，壓力達到1.5 MPa、穩壓30 min 以上、止水套管不漏水且不松動視為合格，對不合格的止水套管重新擴孔注漿并試驗，合格后方可進行正常鉆探至設計孔深。

3.3 耐壓試驗

1）由于積水區水壓值為1.0 MPa，所以封孔完成后使用BQ-50/6 型氣動注漿泵進行高壓注水試驗，泵最高耐壓1.5 MPa，設計用壓1.5 MPa，能滿足1.0 MPa要求，可以進行耐壓試驗。

2）BQ-50/6 型氣動注漿泵壓力表顯示1.5 MPa，孔口管周圍無滲水，說明孔口管安裝成功，可以對頂板進行探放水。如壓力達不到1.5 MPa 或有滲水，說明孔口管安裝不成功，要在滲水處進行堵漏或局部補充注漿進行加固。壓力不夠和滲水嚴重時，需要重新安裝孔口管。

3）孔口管安裝完成后，采用導向鉆頭繼續施工導向鉆孔，直至鉆孔延伸至積水區，在放水前需對孔口管外露端依次安裝法蘭、閥門、壓力表、排水管，在放水過程中若水壓相對較大時應安裝卸壓裝置。

4 結語

截至2021 年10 月14 日，15102 運輸順槽已掘進到位，通過對巷道頂板采取探放水施工后，巷道在后期掘進過程中未出現頂板大面積淋水現象，通過現場觀察發現，鉆孔共計放水量為12 142 m3，巷道在后期掘進過程中頂板最大淋水量為1.6 m3/h，大大提高了頂板穩定性，有效防止了因頂板淋水造成頂板軟化，致使出現頂板支護失效現象，基本消除了上覆采空區積水隱患，保證了巷道安全快速掘進。