煤礦探放水施工存在的問(wèn)題及處理措施

薛 輝

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033100）

1 概述

1.1 工作面簡(jiǎn)介

店坪煤礦206運(yùn)輸順槽位于井田二采區(qū)，巷道以東為井田邊界，以南為工作面實(shí)煤區(qū)，以西為采區(qū)大巷，以北為204工作面。206運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1775m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.0m，巷道沿9#煤層頂?shù)装迤叫芯蜻M(jìn)，工作面標(biāo)高為+927m；巷道存在偽頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為0.5m，直接頂主要以砂質(zhì)泥巖為主，平均厚度為6.7m，基本頂主要以中砂巖為主平均厚度為7.0m，巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝，截至目前巷道已掘進(jìn)720m。

1.2 工作面水文地質(zhì)條件

206運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間頂板主要含水層為石炭系太原組巖溶裂隙含水層，水位標(biāo)高為+934.5—+937m，主要由灰?guī)r及砂質(zhì)泥巖組成，巖體裂隙發(fā)育，與頂板平均間距為7.5m；灰?guī)r含水層賦水不均勻，局部存在富水區(qū)，通過(guò)地質(zhì)鉆探預(yù)計(jì)巷道掘進(jìn)至300m、520m、870m、1150m、1560m處局部頂板存在富水區(qū)，預(yù)計(jì)總積水量達(dá)4716m3，積水區(qū)水壓在0.8-1.3MPa之間；受煤層開(kāi)采影響，冒落裂隙帶發(fā)育，水源主要通過(guò)頂板裂隙、垮落和構(gòu)造進(jìn)入工作面，回采過(guò)程中局部頂板出現(xiàn)裂隙淋水，對(duì)掘進(jìn)產(chǎn)生一定影響。

由于206運(yùn)輸順槽四鄰關(guān)系明確，且巷道頂板上部為5#煤層未進(jìn)行采掘活動(dòng)，四鄰無(wú)采空區(qū)和小窯破壞區(qū)域，周邊巷道排水系統(tǒng)完善，所以掘進(jìn)期間不受不受周邊及頂板上部采空區(qū)積水影響；巷道底板主要以粗砂巖為主，平均厚度為17.5m，通過(guò)電法勘探顯示，底板無(wú)富水區(qū)。

2 巷道前期探放水施工主要存在的問(wèn)題

2.1 探水鉆孔設(shè)計(jì)不合理

1）206運(yùn)輸順槽從巷道開(kāi)口50m開(kāi)始進(jìn)行探放水施工，每個(gè)鉆場(chǎng)共布置3個(gè)鉆孔，鉆孔間距為1.5m，鉆孔布置在距巷道頂板1.8m處，鉆孔深度為70m，允許掘進(jìn)距離為100m，超前距離為20m，鉆孔傾角為6°，鉆孔水平角為±12°。

2）根據(jù)工作面水文地質(zhì)條件發(fā)現(xiàn)，巷道主要受頂板裂隙含水層水威脅，水位標(biāo)高在+934.5～+937m，巷道在前期探放水施工時(shí)鉆孔深度不符合要求，鉆孔終孔位置未達(dá)到積水水位標(biāo)高，而且巷道斷面相對(duì)較大，僅布置三個(gè)探水鉆孔，對(duì)積水區(qū)域探測(cè)范圍較?。煌ㄟ^(guò)前期探測(cè)發(fā)現(xiàn)，巷道在50m～700m共布置30個(gè)探水鉆孔，其中在200m以及500m處共有4個(gè)鉆孔出現(xiàn)涌水，放水量?jī)H為230m3，其它28個(gè)鉆孔為干孔，探水施工后巷道掘進(jìn)時(shí)頂板仍然出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，威脅巷道安全掘進(jìn)，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)效率大大降低，日掘進(jìn)量?jī)H為3.5m/d。

2.2 鉆孔封孔工藝差

1）206運(yùn)輸順槽前期探水鉆孔安裝孔口管后采用水泥砂漿進(jìn)行封孔，封孔長(zhǎng)度為8m（擴(kuò)孔深度為8.0m），封孔3h后進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，耐壓值為0.9MPa。

2）由于206運(yùn)輸順槽掘進(jìn)煤層為石炭系9#煤層，煤層發(fā)育不穩(wěn)定，膠結(jié)穩(wěn)定性差且相對(duì)松軟，而水泥砂漿進(jìn)行封孔時(shí)粘性差，在前期進(jìn)行探放水施工期間共計(jì)發(fā)生2次因水壓大發(fā)生噴管事故，而且放水期間位于孔口0.5m范圍內(nèi)煤體出現(xiàn)嚴(yán)重滲水現(xiàn)象。

2.3 安全措施不到位

由于206運(yùn)輸順槽前期探放水施工期間安全措施不到位，經(jīng)常發(fā)生探水施工安全事故，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1）頂板破碎、冒落：9#煤層頂板存在偽頂，主要以炭質(zhì)泥巖維護(hù)，平均厚度為0.5m，直接頂主要以砂質(zhì)泥巖為主且裂隙發(fā)育，不穩(wěn)定，鉆孔施工期間受震動(dòng)影響，巷道頂板出現(xiàn)局部破碎、冒頂現(xiàn)象，在前期探水施工期間共計(jì)發(fā)生兩次頂板冒落事故，最大冒落高度達(dá)1.9m。

2）局部瓦斯涌出量大：由于9#煤層直接頂裂隙發(fā)育，局部區(qū)域賦存高濃度瓦斯，前期巷道在400m布置探水鉆孔時(shí)受F1斷層影響，鉆孔瓦斯涌出量大，工作面平均瓦斯?jié)舛冗_(dá)1.5%，導(dǎo)致工作面出現(xiàn)瓦斯超限斷電現(xiàn)象。

3 提高探水施工安全效率措施

3.1 優(yōu)化鉆孔布置參數(shù)

為了進(jìn)一步提高探放水施工效率，店坪煤礦對(duì)工作面原探水鉆孔各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，具體如下：

1） 工作面共布置五個(gè)探水鉆孔（1#、2#、3#、4#、5#），鉆孔布置在距頂板1.0m處，鉆孔間距為1.0m，鉆孔與巷道成10°仰角布置，鉆孔深度為100m，鉆孔直徑為75mm，巷道允許掘進(jìn)距離為70m，超前距為30m，如圖1所示。

2）其中1#鉆孔為中孔，水平角為0°，2#鉆孔水平角為6°，3#鉆孔水平角為12°，4#鉆孔水平角為-6°，5#鉆孔水平角為-12°；1#-5#鉆孔控制幫距為20m，控制頂距為8.5m。

3.2 采用聯(lián)合封孔技術(shù)

為了防止放水期間煤壁滲水現(xiàn)象，以及噴孔事故發(fā)生，店坪煤礦通過(guò)技術(shù)研究決定采用聯(lián)合技術(shù)進(jìn)行封孔。

1）當(dāng)探水鉆孔鉆進(jìn)9.0m后停止繼續(xù)鉆進(jìn)，采用直徑為150mm三翼擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔深度為8.0m，并及時(shí)清理孔內(nèi)煤屑。

2）在鉆孔上下左右四個(gè)方向距鉆孔間距為0.5m處各施工一個(gè)注漿孔，注漿孔直徑為30mm，深度為9.5m；注漿孔施工完后采用專(zhuān)用注漿泵依次向各個(gè)鉆孔內(nèi)注射馬麗散與催化劑配比為1：1的馬麗散漿液，待煤體漿液滲出時(shí)停止注漿。

3）注漿2小時(shí)后安裝孔口管，孔管口長(zhǎng)度為8.0m，直徑為120mm，在孔口管與孔口壁之間間隙處插入直徑為20mm的注漿小管，并由里向外向孔內(nèi)注射配比為膨脹劑、固體速凝劑、水以及425#水泥配比為1：1：5：5混合而成的膨脹水泥。如圖2所示：

圖2 206運(yùn)輸順槽探放鉆孔聯(lián)合封孔工藝施工示意圖

4）注漿封孔3h后采用注水耐壓試驗(yàn)檢驗(yàn)封孔質(zhì)量，注水壓力不得低于2.0MPa，注水期間孔口管未出現(xiàn)竄動(dòng)，煤壁未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象且維持0.5h以上視為封孔合格。

3.3 加強(qiáng)探放水施工安全管理

3.3.1 頂板安全管理

應(yīng)加強(qiáng)鉆場(chǎng)附近10m范圍內(nèi)頂板及巷幫支護(hù)，可采用架設(shè)鋼棚配合超前支護(hù)的方法進(jìn)行維護(hù)。

1）在距鉆場(chǎng)10m處架設(shè)矩形工字鋼棚，鋼棚間距為1.0m，鋼棚棚腿與巷幫、頂梁與頂板之間間隙填塞長(zhǎng)度為1.5m，厚度為5mm，寬度為0.3m木板。

2）鋼棚架設(shè)至距工作面迎頭3.0m處停止架棚，在工作面頂板安裝絲杠式超前支護(hù)，共安裝三根橫梁、四根縱梁，縱梁延伸至工作面端頭并采用絲杠將其與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

3.3.2 加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測(cè)排放

1）鉆孔施工前應(yīng)在鉆場(chǎng)位置安裝CH4、CO等有害氣體監(jiān)測(cè)裝置，鉆孔施工期間應(yīng)安排專(zhuān)職的瓦斯檢查工對(duì)鉆場(chǎng)及其附近有害氣體檢查。

2）在距鉆場(chǎng)15m處安裝一臺(tái)功率為5kW的局部通風(fēng)機(jī)，并將直徑為500mm的柔性風(fēng)筒延伸至工作面，當(dāng)鉆孔施工期間瓦斯超限時(shí)進(jìn)行專(zhuān)用排瓦斯。

3.3.3 其它安全措施

1）鉆孔施工前應(yīng)挖掘一條排水溝并與附近水倉(cāng)相鄰，確保水倉(cāng)容積及配套設(shè)備排水能力滿足排水需要。

2）為了保證鉆機(jī)安裝牢固，防止倒機(jī)事故法師，鉆機(jī)安裝前應(yīng)在安裝位置進(jìn)行起底澆筑，鉆機(jī)安裝后采用“一車(chē)四錨”方法將其與底板固定。

3）鉆水放水期間應(yīng)及時(shí)記錄放水量、放水時(shí)間，并測(cè)水壓，當(dāng)水壓大于1.0MPa時(shí)必須在孔口安裝反壓裝置。

4）鉆孔放水后及時(shí)采用水泥砂漿對(duì)鉆孔進(jìn)行全孔封堵，并在其附近施工一個(gè)檢驗(yàn)孔，檢查積水區(qū)是否完全放水完成，若發(fā)現(xiàn)未完全消除積水隱患必須再次施工探水鉆孔進(jìn)行探放水。

4 應(yīng)用效果分析

1）通過(guò)對(duì)探水鉆孔優(yōu)化后，206運(yùn)輸順槽在后期掘進(jìn)期間共布置60個(gè)探水鉆孔，其中13個(gè)鉆孔出現(xiàn)流水，共計(jì)放水量達(dá)4270m3，單孔放水量達(dá)38.5m3/h，巷道在后期掘進(jìn)期間頂板未出現(xiàn)局部淋水現(xiàn)象；同時(shí)有效的探放水施工，巷道掘進(jìn)速度提高至8.7m/d，大大提高了巷道掘進(jìn)效率。

2）采用聯(lián)合方法進(jìn)行封孔，提高鉆孔附近破碎煤體膠結(jié)穩(wěn)定性，并使破碎煤體單軸抗壓強(qiáng)度提高至47MPa，后期放水期間未出現(xiàn)煤壁滲水現(xiàn)象；同時(shí)采用注水膨脹水泥的方法進(jìn)行封孔，有效提高了孔口管穩(wěn)固性，在后期放水期間未出現(xiàn)因封孔不牢固，孔口管竄動(dòng)、滲水、涌水現(xiàn)象，造成巷道透水事故。

3）通過(guò)加強(qiáng)探放水施工期間安全管理，有效保證了巷道頂板穩(wěn)定性，避免了因鉆孔瓦斯涌出量大，工作面瓦斯排放不及時(shí)，造成瓦斯超限現(xiàn)象；在后期探放水施工期間未發(fā)生一起頂板冒落，施工人員傷亡以及瓦斯超限斷電事故。

5 結(jié)束語(yǔ)

霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦通過(guò)技術(shù)研究，對(duì)206運(yùn)輸順槽探放水施工主要存在的問(wèn)題進(jìn)行合理分析，并根據(jù)實(shí)際情況采取了有效措施，實(shí)踐證明采取措施后，提高巷道探放水效率，消除了巷道水害隱患，保證巷道安全快速掘進(jìn)，取得了顯著成效。