云岗矿410盘区21003巷有掘必探设计研究

李志云

（同煤集团云岗矿，山西 大同 037017）

1 地质概况

云岗矿21003巷位于12-2#层410盘区，设计长559m，规格为4.5m×3.0m，以方位175°由西北往东南方向掘进。该区域煤层厚度2.5～3.5m，平均3.0m，局部含1～3层厚度0.1～0.5m的夹石。直接顶为灰色粉砂岩，厚度在3.0～10.0m之间，平均5.5m；直接底为深灰色粉砂岩，厚度约0.7m。地面位于大南沟，南部较平坦，北部较陡；井下位于410盘区12-2#层，北部为510-4回，西部为21005巷，东部和南部未开拓。

2 水患分析

2.1 上覆层水患分析

该工作面南部的上覆层12#层为该矿81037（2015年采完）工作面局部采空区及51037巷道，上覆8#层为该矿8805（2013年采完）、8807（2015年采完）局部采空区，上覆3#层为实体煤，上覆2#层为实体煤。该区域12-2#层与上覆2#层层间距平距152m，与上覆12#层层间距在3.0～10.0m之间。预计上覆12#层采空区内局部低洼处存有积水需要进行探测，确保安全后方可掘进。

预计积水量计算：

W=KMF/cosα

=0.3×2.9×150×110/cos2°=1.4万m3

老空区积水对12#层底板最大处压强计算：

P=ρgh=1.0×9.8×（2.9+175×tan2°）

=88kPa=0.088MPa＜0.1MPa

式中：

ρ-水的密度；

g-重力加速度；

h-底板最低处到水面高度。

2.2 同层水患分析

根据中国矿业大学于2011年11月对该区域所做的《云冈矿12-2#层410盘区新开拓区域上覆采空积水区物探》结果分析报告表明：12-2#410盘区，在盘区巷向西延伸到预计1500m处时，存在党家洼煤矿，该矿新井越采该矿12#层，后退回并构筑了密闭，现采掘情况不明，有积水隐患对该矿8#及12#层410、408盘区西部区域的开拓部署有一定的影响。同时表明21003巷局部存在异常区，应进行超前探测。

2.3 下伏层水患分析

《云冈矿水文地质类型划分报告》资料解释结果表明，下伏层寒武灰岩岩溶水不会对开采造成威胁，不存在带压开采，因此无下伏层水患发生。

综上分析，12-2#层21003巷水文地质情况整体较简单，但上覆12#层81037采空区和51037局部巷道内局部低洼处预计存有积水。因此，21003巷在掘进期间，在坚持“有掘必探、先探后掘”的同时，必须对上覆层进行超前探放，特编制该设计并贯彻实施。

3 有掘必探设计方案分析

3.1 物探方法

基于410盘区21003巷的水患分析，根据“物探先行，钻探验证”的探放水工作原则，采用井下物探与钻探相结合的方法进行超前探放。其中井下物探可为瞬变电磁物探和直流电法物探两种方法协调使用。

3.1.1 瞬变电磁物探

采用中国地质大学（武汉）高科资源探测仪器研究所生产的TEMJF50矿用隔爆兼本安型瞬变电磁仪进行井下超前物探，每次物探设计一条测线11个测点，测点示意图如图1所示。

图1 巷道瞬变电磁物探11个测点示意图

通过在巷道掘进头移动发射接收线圈，形成一条掘进头超前探测的实测剖面。超前探测100m，允许掘进70m，在保证有30m安全距离的基础上循环推进，如图2。

3.1.2 直流电法物探

采用型号为YDZ（B）的矿用隔爆兼本安型直流电法仪，超前探常用方法为“三点源法”（如图3所示）。通过在掘进巷道内向后方循环订电极，形成1条巷道掘进前方超前探测的实测剖面。

图2 21003巷超前探测循环平面布置图

图3 “三点源法”超前探施工装置图

对于物探结果显示正常的区域，执行该“有掘必探”设计，对于物探结果显示异常的区域，必须重新制定加密探钻方案。

3.2 21003巷有掘必探钻孔设计

（1）前360m范围（两层两钻布置）

探同层：方位为175°（正前方），倾角与煤层实际倾角一致，深度50m，最多允许掘进20m，在保证有30m安全距离的基础上循环推进，不探钻，不允许掘进，严禁超安全距离掘进。

探上覆层：方位为125°（正前方钻孔方位偏左50°），倾角45°，每50m施工一个，该钻是为了探测上覆12#层51037巷道内积水，终孔必须见空。

（2）360m～到位（两层两钻布置）

探同层：方位为175°（正前方），倾角与煤层实际倾角一致，深度 50m，最多允许掘进20m，在保证有30m安全距离的基础上循环推进，不探钻，不允许掘进，严禁超安全距离掘进。

探上覆层：与探同层的钻孔同时施工，方位为175°（探正前上方），钻孔倾角在（+5）°～（+10）°之间，该钻终孔必须见空。

3.3 探放水钻孔施工技术及单孔结构

（1）每次超前探测时，将工作面浮煤清理干净，所有钻孔开孔位置均在巷道底板以上煤层中部施工（距底板约1m），正前钻在工作面中部，侧向钻距工作面两侧煤壁0.5m，不探钻，不允许掘进。

（2）每循环最多允许掘进20m，待第一组钻孔严格按照设计要求全部施工完毕后，方可掘进；在保证超前距不小于30m的前提下，再施工第二组钻孔，依次类推，直至巷道到达设计位置为止，不探钻不允许掘进。

（3）探水工具采用ZYJ-1000系列架柱式液压回转钻机，钻孔终孔孔径不得大于75mm，为了很好地控制水量，应安装孔口止水承压套管，长度不得小于10m。

4 排水及避灾路线设计

排水路线：12-2号层21003巷—12-2号层410-4皮—12号层410-1皮—402石门水沟—1030南大巷水沟—中央水仓—地面。排水要求：根据探放水钻孔性质，结合本区水文地质条件，要求探测巷道必须在巷道低洼处构建水仓，配备一台排水能力至少为45kW的水泵并随巷道掘进向前移动（备用一台45kW水泵和电机），铺设一趟4寸管路，排至盘区水仓。此外，在巷道低洼处配备5.5kW潜水泵，以备日常排水使用。如遇特殊情况，必须尽快增设排水设备。

当巷道探钻地点发生突水或井下施工探孔与采空区探通水量较大时，要迅速组织人员由：12-2号层21003巷—12-2号层410-4轨（皮）—12号层410-1轨（皮）—402石门—1030南大巷—副井—地面。12-2号层21003巷—12-2号层510-4回—12号层510-1回—402风井—地面。发生水害时沿不受水害影响、标高较高的线路进行撤退。

5 施工安全技术措施

（1）施工队组严格按照设计探钻参数要求进行施工，遇井下特殊情况，须与地质部门联系，重新调整钻孔参数，补充钻孔探测设计方案。

（3）所有在工作面施工和作业的人员，必须随时观察各种突水征兆。一旦发生安全事故后，向矿调度室汇报，由矿调度室组织撤出受水害威胁地点所有作业人员，再采取措施进行处理，确认安全后，方可恢复生产。

（4）超前探测施工队组必须编制探测小窑安全技术措施及防治水应急救援预案，并在班前会强化员工的防治水意识，真正做到防患于未然。为了保证探巷地点及避灾路线必经巷道不发生冒顶、片帮以便于通风和抢险，在探水前和钻孔施工期间要加强沿途顶板的支护。

（5）探钻巷道在巷口位置悬挂探水警示牌板，注明各种透水征兆、探测钻孔布置示意图及水害避灾路线。探测结束采用书面形式通知探测位置、探测深度，安监站负责监督，必须按探测深度保留至少30m的超前距离。

6 总结

论文基于12-2#层410盘区21003巷的地质及水患情况，设计了该巷道有掘必探方案，同时制定了排水及避灾路线和安全技术措施，有效地保障了21003巷的开采安全，为实现高产高效安全开采奠定了基础。