巷道超前钻探设计及安全技术探析

李三平

（霍州煤电集团丰峪煤业有限责任公司，山西 临汾 031400）

1 工作面概况

司马煤业1303工作面为三采区首采面，矿井地质构造复杂，区域局部易形成向斜、背斜结构，在向斜、背斜结构交界处，顶板裂隙发育，围岩松软破碎，受上覆含水带渗流作用影响，工作面出现淋滴水现象，随掘进工作面的推进，矿压显现加剧，淋滴水严重，极易在工作满形成积水区，影响工作面的正常掘进。井田区域内批复可采煤层为3#煤层，矿区奥灰水位标高为+575m～+620m，工作面沿底板掘进，底板标高为+634m～+638m，掘进标高高于奥灰水位标高，工作面会受到突水威胁，随着回采的推进，上覆采空区积水会通过顶板垮落后形成的冒落裂缝带进入1303工作面，预计涌水量将达到100 m3/h，对回采产生较大影响，为掌握矿井区域含水带分布状况，避免水害事故的发生，在掘进施工前需进行超前探测，针对可能出现的问题及时处理，保证工作面正常开采。

2 超前探测设计

2.1 钻探设备选型

进行超前钻探时，采用ZYJ-270/170架柱式液压回转钻机配套Ф75mm三翼钻头进行施工，液压回转钻机主要参数见表1。

表1 ZYJ-270/170架柱式液压回转钻机主要参数

2.2 钻孔布置

巷道在掘进期间，主要探放巷道前上方的断层水及裂隙水，超前钻探时，布设4组超前钻探钻孔，各钻孔孔号分别标记为1#、2#、3#、4#，探水钻孔呈半扇形[1]布置，根据1303工作面地质概况，确定各超前探测孔探测距离为80m，钻孔布设位置参数见表2：

表2 钻孔位置参数表

1303工作面探测钻孔均布置于窝头断面，钻探具体位置如图1、图2所示：

图1 钻探布置断面图

图2 钻探布置剖面图

3 钻孔施工

架设钻机前，在距底板1.0～1.5m处，打设两根锚杆，锚杆间距为400mm，使用8#铁丝将钻机跑道前端固定在锚杆上，使用金属支架将钻机跑道后方支撑起来，调整钻机方位与倾角，固定连接[2]。

开钻前，为保证钻机转动效率，在钻机传动部分补加润滑剂，通过正、反转双向试验，判断钻机运行情况，待一切准备就绪，微调钻杆钻头位置，对预设钻孔区域进行钻探。在钻探过程中，若钻头处出现反水，缓慢联结离合器，进行开孔。待钻头完全进入煤层，紧固离合器，开始正常钻进，直到钻孔达到设计深度时（1#、2#钻孔深度为 80m，3#、4#钻孔深度为 84m）停止钻进。

4 钻探安全技术

1）在进行超前钻探前，需对巷道窝头顶、帮部进行安全支护，及时将风管、水管跟进。掘进工作面掘进时，巷道内要预先挖设一定数量的水沟进行排水，防止工作面涌水及钻孔回水在巷道中涌出、积聚而影响工作面的正常生产；

2）钻探触及到积水点后，要测定水压，重新校对积水水位、水量，确定放水量及放水孔个数，为正式放水创造条件[3]。钻探作业完毕后，应使用Ф16mm长度不小于30m的PVC管标识钻孔位置，并在每班割煤前将PVC管塞入钻孔一定距离。

3）放水过程中，需关注涌水量的变化，建立涌水量观测台账，通过浮标法、电磁流量法、容积法等手段对钻孔涌水量进行实时监测[4]；应用压力表对钻孔水压进行监测，随时掌握上部采空区积水情况。放水完毕后，应用钻机对钻孔进行捅孔，捅至采空区未见出水，并伴随着瓦斯涌出量的增大，即为疏放完毕，确认疏放完毕后用麻袋片掺入聚氨酯塞入钻孔内进行封孔，上堵板并关闭闸阀[5]。

5 排水系统设计

5.1 管路铺设情况

1303运巷排水管采用一趟4寸和一趟6寸无缝钢管，敷设在1303巷道北帮距底板1.3m处，沿排水管路每50m安设一个支管阀门，每100m安设一个闸阀。排水设施需随掘进工作面的推进连接固结。

工作面内准备2台排水泵，掘进期间，工作面排水泵、排水管路等排水设施要随工作面掘进跟进。工作面正常涌水期间，启用一台排水泵进行排水，当工作面涌水量增加时，开启另一台排水泵，两泵共用，进行排水。

5.2 排水系统

掘进工作面积水由工作面经1303巷道排水管、三采区胶带巷（里段）排水管、三采区胶带巷（外段）排水管排至三采区1#水仓。

排水方向：工作面→1303运巷→三采区胶带巷（里段）→三采区胶带巷（外段）→三采区1#水仓。

掘进工作面低洼处做临时水窝，安设排水泵集中分级排水。

5.3 避灾路线设计

1303运联巷贯通后，工作面发生水灾时的避灾路线为：

掘进头→1303运巷→1303回风联巷→三采区回风巷（里段）→三采区回风巷（外段）→三采区1#联络巷→三采区1#行人通道→专用回风大巷→风井梯子间→地面

6 结 语

矿井水害严重威胁着煤矿安全生产，钻探工艺作为一种探测技术，在治理矿井水害发生的领域发挥着愈发重要的作用。经司马煤业地测办研究分析，根据1303运巷实际地质条件，在1303巷在掘进期间采取了科学合理的超前钻探设计及安全施工措施，消除了巷道积水隐患，有效地避免了巷道水害事故发生，实现了巷道安全快速掘进的目的。