高煤公司3上1104运输巷探放高压老硐积水研究分析

时鹏程 王诗海

（枣庄矿业集团高庄煤业有限公司，山东 微山 277605）

高煤公司矿井是从井田浅部逐步向深部开采的矿井，工作面巷道掘进时常会受到临近上一个浅部工作面的老空区积水威胁。而在浅部工作面掘进下巷时经常在下巷选择合适位置开门施工探巷探测临近未开采深部工作面的断层走向。之后深部工作面掘进透窝探巷时，会受到浅部工作面积水和灌入探巷积水的威胁，且水压较高。对探放探巷内高压积水进行研究分析，为高煤公司巷道掘进提供可靠的安全保障，具有重大意义。

1 工程概述

高煤公司3上1104运输巷为3上1104工作面下巷，在其临近浅部3上1102工作面的运输巷（下巷）为查明断层走延展向已设计的临近平行布置的3上1104工作面内施工1号探巷。3上1104运输巷（下巷）沿3上煤层掘进，将与3上1104面1号探巷透窝，3上1104面1号探巷及3上1102采空区内在3上1102工作面开采完毕后积聚了大量积水：积水量116590m3，积水面积69332 m2，积水标高-492.4～-446.5m，积水水头高达45.9 m，上述积水对3上1104运输巷掘进构成威胁。根据3上1104运输巷设计，预计该巷道与1号探巷透窝的底板标高为-488.1 m，据此推算对巷道掘进造成威胁的老空区积水水压为0.416 MPa，钻探后能放出水量77436m3，水头水压将降低41.6m。

2 钻场安全煤柱留设情况分析

L-煤柱留设宽度，m；

K-安全系数，取3；

M-煤柱厚度或采高，取3.2 m；

P-水头压力，取0.416 MPa；

Kp-煤的抗拉强度，取0.15 MPa。

3上1104运输巷探水位置距离积水区最小平距大于30 m，所以超前距符合《煤矿防治水规定》相关要求，能够保障巷道安全。

3 探放水方案

为确保巷道施工安全，决定在3上1104运输巷掘进至探水线位置时停止掘进，并在迎头位置施工探放水钻孔，超前对3上1104面1号探巷及3上1102采空区内积水进行疏放，待积水疏放完毕、威胁解除后，方可恢复3上1104运输巷掘进。

探放水过程中施工2个Ф75 mm钻孔、1个Ф89 mm钻孔，共施工3个钻孔。

4 单孔涌水量及疏放积水用时预计

式中：

Q-单孔出水量，m3/s；

C-流量系数，取0.15；

W-钻孔断面积，m2；

g-重力加速度，9.8 m/s2；

H-钻孔出水口处水头高度，此处取41.6 m。

计算得Ф75 mm钻孔最大放水量：

Ф89 mm钻孔最大放水量：

在探放水过程中先施工1#钻孔（Ф75 mm），再施工2#钻孔（Ф89 mm），两个钻孔作为主放水孔；待放水后期施工3#钻孔（Ф75 mm）作为验证孔。

所以，3上1104工作面掘进期间探放3上1104面1号探巷及3上1102采空区积水预计最大放水量为164 m3/h。

考虑到目前3上1102采空区内仍有10m3/h动水向3上1102采空区补充，按照平均预计放水量计算疏放积水用时：

5 钻孔设计及钻机选型

（1）钻场布置、钻孔设计

钻场布置3个钻孔，在探放水过程中先施工1#钻孔（Ф75 mm，探水孔兼做放水孔），再施工2#钻孔（Ф89 mm，做为放水孔），两个钻孔作为主放水孔；待放水后期施工3#钻孔（Ф75 mm）作为验证孔。钻孔参数具体如下表。

表1 钻孔具体参数表

施工顺序：本次打钻先施工1#钻孔（Ф75 mm），再施工2#钻孔（Ф89 mm），两个钻孔作为主放水孔；待放水后期施工3#钻孔（Ф75 mm）作为验证孔。

（2）止水套管长度的确定

按照《煤矿防治水规定》中 “水压小于1 MPa止水套管长度必须大于5 m” 以及“探放老空积水止水套管长度不得小于10 m”的要求，此次探放水最高水压0.416 MPa，止水套管设计为10 m。

（3）钻孔结构

根据钻机的性能和钻探的目的确定钻孔的结构为：开孔孔径为Φ127 mm，钻进至10 m下108 mm套管10 m后变孔径为Φ75 mm（或Φ89 mm）钻进至终孔，取芯钻进。

（4）钻机的选型

本次打钻采用的是煤科院西安分院生产的MK—Ⅲ型钻机。该钻机钻探距离100～150 m，最大扭矩590 N•m，给进能力30 kN，起拔能力43 kN，满足此次探放水需要。

6 施工安全措施

（1）由设计师设计水仓尺寸，掘进区队按其设计在迎头施工水仓。

（2）钻机队根据探放水钻孔设计编制探放水施工安全技术措施，并同本设计一并传达、学习，每个钻探队员必须经考试合格后，持证上岗作业。

（3）1号探巷巷道尺寸较小，开钻前由地测科测量人员对设计钻孔角度放线，确保准确钻透。

（4）钻杆后面和机头附近严禁站人。套管外壁要焊上钢筋，防止水压过大套管崩出。打压实验时压力要达到0.7 MPa，时间要持续0.5 h以上。

（5）施工过程中要做到钻探记录清楚，孔深丈量准确，坚持每日上报地测科。

（6）施工前必须设置与调度室的直通电话，以便发现问题及时向调度室汇报。

（7）钻孔接近采空区时，现场必须配有瓦斯检查员在现场检查气体成分。如果在钻进过程中瓦斯超过《煤矿安全规程》规定浓度1.0%时，必须立即停止打钻，撤出人员，并报告矿调度室，采取措施进行处理。

（8）打钻过程中要密切注意观察钻场附近巷道的变化情况，如果钻进时发现煤岩层变软、片帮来压或钻孔水压、水量突然增大以及有顶钻异常时，必须停止打钻，但不能拔出钻杆，现场负责人要立即报告矿调度，及时采取措施进行处理。同时要通知受水害威胁地点人员撤至安全地点。

（9）按照预计164 m3/h的最大放水量，施工单位要提前在迎头施工水仓并形成最大涌水量1.5倍即可排水246 m3/h涌水的排水系统。

（10）调度室及施工区队要确保撤人报警系统安全可靠，一旦遇有特殊情况能及时撤离现场人员。

7 探水过程分析

7.1 隐患概况

由于3上1104运输巷掘进前方要与1#探巷透窝，且1#探巷及3上1102采空区积水量达到116590m3，水头高度45.9 m，因此将3上1104运输巷老塘水定为探放水B级隐患。

7.2 工作开展情况

巷道掘进至距采空区30 m时，停止掘进准备现场，测量组人员现场标定3个钻孔。钻机队人员施工3个钻孔（1#孔+3°，36 m；2#孔+12°，38m；3#孔-3°，56 m）施工完毕，但均未打透，分析认为施工中钻杆上飘打到3上煤层顶板。次日，调整钻机，在2#孔基础上降低3°施工1个钻孔（4#孔+9°），30 m透1#探巷，放水量40m3/h，最大压力0.42MPa。之后依据已摸索的钻孔孔斜规律，调整钻孔角度,继续施工钻孔均钻透采空区，成功疏放积水。

7.3 探水总结和经验

探放水期间，地测科防治水组及时掌握了3上1104运输巷探放水钻孔施工情况，并在平面图上标清钻孔施工的位置、水量和水压，收集好基础资料。经此次探放水，了解当钻孔在煤层中小倾角钻机时孔斜较大，因此在超前30 m探放老空水时，应充分考虑钻孔孔斜因素，摸索规律，以便能准确钻透采空区。