掘进巷道小煤柱采空区探放水施工设计

张 洁

（大同煤矿集团雁崖煤业公司，山西 大同 037003）

0 引言

超前钻探是采掘工作面安全施工的重要技术手段，合理的超前钻探设计可提高煤矿探放水施工效率，降低了劳动作业强度，保证煤矿安全高效生产。本文以雁崖煤业公司2310巷为例，针对巷道掘进时涌水量大、巷道掘进效率低等技术难题，对邻近小煤柱8309采空区采取合理超前钻探设计以及安全技术措施。

1 工作面概述

大同煤矿集团雁崖煤业公司2310巷位于井田三盘区西翼，巷道东西方向布置，施工巷道东部为盘区大巷，南部为5310巷，西部为实煤区，北部为8309工作面采空区。

2310巷设计长度为1087m，巷道断面规格为宽×高=4.5×3.5m，巷道掘进煤层为二叠纪下统山西组4#煤层，平均厚度为3.5m，煤层无伪顶，直接顶主要以炭质泥岩为主，平均厚度为2.7m；基本顶主要以粗砂岩为主，平均厚度为9.2m，施工巷道采用综合机械化掘进施工工艺，截止目前巷道已掘进260m。

根据矿地测科提供资料显示，施工巷道上覆岩层无采空区积水、裂隙含水层以及老窑水等，8309采空区预计含水量为3804m3，预计水压为1.4MPa；2310巷施工至220m处位于采空区巷帮煤壁出现淋水现象，当巷道掘进至247m处时淋水加大，平均涌水量达5.7m3/h，且局部段巷帮出现严重片帮现象，最大片帮深度达2.1m，导致巷道掘进速度降低至2.7m/d，不仅制约着巷道掘进速度，而且威胁着巷道施工安全。

2 探放水施工设计

为了保证巷道掘进安全，决定对2310巷采取合理有效的采空区探放水施工设计。

2.1 探放水施工设备

1）钻孔施工设备：2310巷探放水施工过程中主要采用型号为ZY-750D液压钻机配套中空钻杆以及合金钻头进行钻孔施工；ZY-750D液压电机功率为18.5kW，油压为25MPa，钻进量为 22m/h；钻杆直径为63mm，每根长度为1.5m，导向钻孔直径为75mm，扩孔钻头直径为130mm。

2）封孔设备：丝扣孔口钢管4根，每根长度为3.0m，直径为105mm；HS-3型灌浆泵一台，功率为12kW，压力为3MPa，灌浆量为3.5m3/h；压力表、控制阀等。

2.2 探水钻孔施工

1）为了保证8309采空区探放水效率，在工作面煤壁距采空区侧巷帮2.0m处施工一排斜角探水钻孔，共计三个钻孔（1#-3#），钻孔与巷帮成5°夹角布置，如图1所示，钻孔深度为30m，直径为75mm。

图1 2310巷采空区探水钻孔布置示意图

2）1#钻孔施工在距巷道底板0.8m处，2#钻孔施工在距底板1.3m处，3#钻孔施工在底板1.8m处，钻孔仰角为4°，见表1。

表1 2310巷采空区探测钻孔参数表

2.3 封孔工艺

2.3.1 封孔长度确定

由于巷道掘进煤层为二叠纪下统山西组4#煤层，煤层松软，胶结稳定性差，裂隙发育，受巷道开挖应力以及8309采空区残余应力影响，位于采空取侧煤体出现围岩松动圈，从工作面煤壁向采空区方向依次形成卸压破碎区、卸压减弱区以及围岩稳定区，通过施工深度为30m实验钻孔发现，在0～5m范围内钻孔成孔率不足35%，煤体破碎严重，为卸压破碎区；在5～11m范围内钻孔煤壁破碎现象降低，钻孔成孔率提高至62%，确定为卸压减弱区；在11m～18m范围内钻孔成孔效果好，确定在围岩稳定区；在18m～30m范围内你依次形成卸压减弱区、卸压破碎区，所以为了保证封孔质量，封孔长度确定为12m。

2.3.2 封孔施工

1）当钻孔钻进至12m后停止施工，及时更换直径为130mm扩孔钻头进行扩孔施工，扩孔深度为12m，扩孔后钻孔直径为130mm，扩孔后及时清理钻孔内煤屑。

2）钻孔扩孔后对钻孔内安装四节孔口钢管，相邻两节钢管之间采用丝扣式连接，钢管连接后必须保证钢管平整。

3）对钻孔孔底、孔口处安装一个型号为MKT-12环形封孔器，该封口器长度为0.5m，直径为85mm，封孔后膨胀率提高50%；在安装封孔器时严禁带压操作。

4）封孔器安装后在孔口管与孔壁之间埋入一根注浆软管，软管另一端与HS-3型灌浆泵连接，对孔口间隙高压注入膨胀水泥，注浆压力为1.5MPa。

5）注浆完成2h后对封孔段进行注水耐压试验，注水压力为2.0MPa，注水时间为15min，高压注水期间未发现孔口管窜动、煤壁渗水现象，接口确定封孔质量合格。

3 钻场安全维护技术措施

为了防止放水时受水力冲击作用造成煤壁垮落，导致透水事故，通过技术研究，决定对钻场采取“注浆+架设L型钢棚”联合安全技术措施。

3.1 注浆加固技术

1）注浆加固原理：通过对煤岩体施工注浆钻孔，利用注浆泵对钻孔内高压注入化学材料，对煤岩体裂隙进行封堵、粘接，从而提高煤岩体胶结稳定性，避免煤岩体破碎、冒落等现象。

2）施工工艺：①工作面共计施工一排注浆钻孔，钻孔施工距采空区侧巷帮1.5m处，共计布置3个钻孔，钻孔成直线布置，钻孔深度为5.0m，直径为40mm;第一个钻孔距顶板间距为1.0m，相邻两个钻孔间距为1.0m，钻孔仰角为10°，与巷帮夹角为20°;②钻孔施工完后采用马丽散注浆泵向钻孔内注入化学填充剂，填充剂采用的是马丽散与催化剂配比为1:1混合液，注浆压力为1.0MPa，注浆后及时对钻孔进行封堵。

3.2 架设“L”型钢棚

为了防止在放水期间，造成钻场煤壁垮落、顶板冒落等现象，决定对钻孔附近架设“L”型工字钢棚。

1）L型工字钢棚主要由顶梁、棚腿、连接梁、底座等部分组成，如图2所示，顶梁长度为1.5m，顶梁中部焊制一个直径为25mm圆孔；棚腿长度为3.5m，棚腿与底座之间采用四根连接螺母进行连接。

2）钻场煤壁处共计架设4架“L”型钢，钢棚与煤壁垂直布置，钢棚架设间距为1.0m，钢棚棚腿与煤壁预留间距为0.2m。

3）首先将钢棚底座与底板之间采用地锚进行固定，然后将棚腿与底座之间采用螺栓进行连接并预紧，预紧力不得低于200N.m；顶梁与棚腿之间采用卡兰进行固定，顶梁安装时必须保证顶梁与顶板接触严实。

4）为了保证钢棚安装稳定，采用固定锚杆将顶梁与顶板进行固定，同时对相邻两架钢棚之间采用两根长度为1.0m，直径为20mm圆钢进行连接；在钢棚棚腿与煤壁之间采用长度为1.2m，宽度为0.3m水泥背板进行填充，如图2所示。

图2 2310工作面钻场联合支护断面示意图

4 结束语

受8309采空区积水影响，针对2310巷掘进期间巷道涌水量大，影响巷道施工安全，雁崖煤业公司地测科通过技术研究，对8309采空区采取合理有效探放水施工设计以及安全技术措施，通过实际应用取得了显著成效。

1）截止2019年6月2310巷已掘进到位，巷道共计施工66个探水钻孔，共计放水量为3792m3，巷道探放水后在掘进过程中工作面未出现严重涌水现象，受F3断层影响位于670m～681m里程最大涌水量为1.2m3/h，其它地段平均涌水量不足0.5m3/h，基本消除了8309采空区积水影响，保证了巷道掘进效率，平均掘进速度提高至6.8m/d。

2）对钻场采取注浆加固技术以及架设“L”型钢棚等联合措施后，使钻场煤体单轴抗压强度提高至62MPa，提高了煤体胶结稳定性，防止了煤壁破碎、顶板垮落等现象，在后期放水过程中未发生因煤体松软、加固措施不到位发生透水事故，保证了放水施工安全。