掘进巷道顶板裂隙水探放水施工设计

王 强

（山西焦煤集团霍州煤电集团晋北煤业有限公司，山西 忻州 035100）

超前钻探是煤矿采掘工作面水害防治重要技术手段，合理的探放水设计不可有效消除工作面水害威胁，保证工作面安全高效采掘，但在实际生产过程中，煤矿探放水施工还存在很多问题，主要表现在探水钻孔布置不合理、封孔质量差、安全措施不到位等，从而降低了探放水施工效率，无法起到预期的探放水施工效果。本文以1031巷为例，对施工巷道采取了合理有效的探放水施工效率，并对其应用效果进行分析。

1 概 述

山西焦煤集团霍州煤电集团晋北煤业有限公司1031巷位于井田一采区，东北部与一采区回风、皮带、轨道巷相邻；东南部与井田边界相邻；西南部与原牛泥煤矿2005-2006年采空区相邻；西北部以采区边界为界。

1031巷设计长度为922m，巷道设计断面规格宽×高=4.5×3.5m，巷道掘进煤层为石炭系5上#煤层该煤层结构简单，煤层厚度3.3～6.9m,平均厚5.1m，1031巷沿煤层底板平行掘进，煤层顶底板岩性如表1所示。

根据晋北煤矿提供工作面物探资料显示，1031巷工作面地表无水体，仅雨季时部分沟谷有间歇性流水。盖山厚度为80～150m，对工作面回采影响不大。工作面回采期间主要充水水源为5上#煤层顶板之上石炭系太原组顶板砂岩、薄层灰岩裂隙水，5上#煤层间距为11.5m，共计含水量为5583m3，水压为1.3MPa，预计工作面平均涌水量达4.2m3/h，对巷道掘进影响较大。

表1 石炭系5上#煤层顶底板岩性汇总表

2 超前钻探施工设计

为了保证巷道掘进安全，消除巷道上覆岩层裂隙水患，决定对1031巷采取超前探放水施工设计。

2.1 钻放水施工设备

1）钻孔设备：1031巷采用型号为ZY-750D煤矿用全液压钻机配套直径为63mm，长度为1.5m中空钻杆以及直径为75mm八翼钻头联合进行钻孔施工，钻机功率为22KW，钻进压力为25MPa。

2）封孔设备：2ZBQ-5/4注浆泵一台、PKN型封孔器两个、直径为130mm扩孔钻头两个、长度为3.0m，直径为110mm孔口钢管4根、直径为16mm注浆软管1根、XZFKL-I型封孔注浆化学粘接材料两桶。

2.2 钻孔布置参数

1）1031巷共计布置两排探水钻孔，其中仰斜钻孔一排，主要用于对顶板裂隙水进行钻探，水平钻孔一排，主要用于工作面前方及煤柱两侧含水层探测。

2）仰斜钻孔共计5个（1#-5#），钻孔深度为60m，钻孔直径为75mm，钻孔仰角为17°，钻孔间距为0.8m，钻孔施工在距顶板0.5m出煤壁上，其中1#钻孔水平角为0°，2#、4#钻孔水平角为10°，3#、5#钻孔水平角为20°，如图1所示。

图1 1031巷超前探水钻孔布置示意图

3）水平钻孔共计3个（6#-8#），钻孔深度及直径与仰斜钻孔一致，钻孔垂直煤壁布置，钻孔间距为1.6m，钻孔距顶板间距为1.5m，6#钻孔水平角为0°，7#、8#钻孔水平角为20°。

2.3 钻孔封孔工艺

为了提高仰斜钻孔封孔质量，保证探放水施工安全，决定对探水钻孔采取“两堵一注”封孔工艺。

1）1031巷钻孔封孔长度为11m，当钻孔施工至11.5处时停止继续钻进更换扩孔钻头进行扩孔施工，扩孔深度为11m，扩孔后钻孔直径为130mm。

2）钻孔扩孔后对钻孔内安装孔口套管，套管主要为长度为3.0m，直径为110mm钢管，共计4根，相邻两根钢管之间采用丝扣式连接，孔口管安装后对孔底采用膨胀水泥进行封堵，封堵长度为0.5m，如图2所示。

3）在孔口管与钻孔壁之间埋入一根直径为16mm注浆软管，然后在距孔底、孔口0.5m处分别安装一个PKN型封孔器，并对孔口段继续采用膨胀水泥进行封堵，从而使钻孔中部形成环形封堵空间。

4）环形封堵空间形成后，将注浆软管与2ZBQ-5/4注浆泵连接，然后对环形封堵空间高压注入XZFKL-I型封孔材料，注浆压力为1.5MPa，单孔注浆时间稳定在10min。

5）钻孔封孔后在外露端孔口管安装压力表及法兰盘，然后对钻孔内高压注水进行耐压试验，注水压力一般为水压的1.5～2倍，1031巷钻孔注水压力为2.0MPa，注水稳定时间不得低于15min，注水过程中未发现钻孔窜动，煤壁渗水即可视为钻孔封孔质量完好。

图2 1031巷探水钻孔“两堵一注”封孔工艺示意图

3 安全技术措施

1）钻孔施工前应在钻场附近施工一个临时水仓，并施工一条排水沟与盘区水仓连接，若巷道掘进长度大于500m时每隔200m需布置一个临时水仓，水仓容积不得低于8m3。

2）钻孔施工前应对工作面煤壁、顶板进行加固，防止水压作用导致煤壁片帮、顶板冒落事故发生，可对钻场煤壁进行马丽散注浆加固，对顶板支设工字钢棚进行加固。

3）钻孔施工期间应实时记录钻孔深度及出水情况，若发现钻孔出现淋水、顶钻现象应立即停止钻进，严禁拔出钻杆，记录出水量及水压，并及时汇报地测科、总工程师。

4）当掘进煤层赋存发生变化时，在保证安全距离的前提下，应及时调整钻孔深度及角度，保证对掘进巷道范围的全覆盖。

5）探放水施工时必须安排专职的瓦检工对钻场附近进行瓦斯检测，当瓦斯浓度超过0.8%时必须立即切断钻机电源，并将工作面施工人员撤出工作面，并对钻场进行加强通风。

6）在放水期间应随时观测孔口管情况，若水压大于2.0MPa时必须安装两套控水闸阀，以及泄压装置，保证放水稳定，避免出现因水压大出现孔口管窜动，降低封孔质量，导致透水事故发生。

4 结束语

山西焦煤集团霍州煤电集团晋北煤业有限公司地测科，针对1031巷上覆岩层裂隙含水层水压、含水量大，为了巷道施工安全，提出了合理有效的探放水施工设计，以及安全技术措施，通过实际应用取得显著应用效果：

1）1031巷共计施工超前钻孔120个探水钻孔，其中湿孔48个，其它为干孔，湿孔主要分布在施工巷道235～476m段以及740～920m段，共计放水量为5569m3，平均水压为1.1MPa，探放水施工后巷道在后期掘进过程中顶板未出现严重淋水现象，最大淋水段位于810～840m处，最大淋水量不足0.7m3/h，基本消除了施工巷道裂隙水威胁。

2）与传统黄泥砂浆封孔工艺相比，“两堵一注”新型封孔工艺保证了钻孔四周裂隙岩体胶结强度，提高了钻孔封孔质量，有效防止了探放水施工期间因钻孔封孔质量差，导致透水事故发生；同时对探放水施工期间采取合理有效安全技术措施，避免了钻孔施工、放水施工等事故发生，保证了施工安全。