某煤矿井下探放水的现场施工及措施分析

姜 胜

（同煤集团永定庄煤业公司， 山西 大同 037024）

引言

大量实践经验表明，煤矿井下巷道掘进过程中，巷道顶部采空区积水或者围岩积水导致的巷道顶板漏水问题，是引发各类煤矿安全事故的重要原因之一[1]。对于这类问题，通常都是采用探放水施工技术对其进行处理，通过这样的措施将采空区内或者围岩内部的积水提前排走，从根本上解决巷道顶板漏水现象[2-3]。但是煤矿井下施工环境复杂，探放水施工过程中也容易出现各类施工问题，进而威胁井下安全[4-5]。基于此，应针对探放水施工过程中的相关技术和工艺进行深入分析和研究。在实践中不断总结经验，提升探放水施工技术水平，确保施工安全[6]。

1 探放水施工工程总体情况

某煤矿企业的1536运输巷道处在整个采区的南边，该巷道沿着5号煤层底板进行掘进。巷道的横断面形状为矩形，总长度为1 711 m，宽度和高度分别为5.2 m和3.6 m。运输巷道所在的煤层以石炭系煤层为主，煤层的厚度范围为5.37～7.89 m，平均厚度大小为6.83 m。煤层工作面附近区域没有出现明显的断层以及其他不良情况，地质情况整体比较简单、良好。1536运输巷道直接顶围岩属于炭质泥岩，围岩的厚度范围在2.35～3.56 m，平均厚度为2.98 m。煤矿开采过程导致围岩压力发生变化，使得运输巷道顶板围岩存在断裂、破碎等问题。基本顶属于砂质泥岩，厚度范围为5.32～6.35 m，平均厚度为5.96 m。底板属于粗砂岩，厚度范围为15.05～17.63 m，平均厚度为16.56 m。距离该运输巷道顶板10 m左右就是空采区，且空采区有积水。直接导致巷道掘进时顶板漏水，对整个施工过程的安全构成了严重威胁。基于此，为保障运输巷道的掘进过程安全，在掘进过程中有必要通过科学的手段进行探放水施工处理。

2 煤矿井下运输巷道探放水施工方案设计

2.1 探放水施工方案设计和设备选用

巷道掘进过程中如果存在漏水问题就会对整个巷道安全构成威胁，引发各种水害事故。针对上文所述的实际情况，设计研究了探放水施工方案。通过CMSI-8000/90型煤矿用深孔钻车进行钻孔施工。其中，钻探施工中用到的钻头直径为42 mm，钻孔施工过程中用到的钻杆直径为65 mm，钻孔深度设置为70 m。

2.2 探放水方案中的钻孔位置分布

为了尽可能保证运输巷道在掘进过程中的探放水效果，在工作面迎头区域总共设置了7个探放水钻孔。为了方便描述，将7个钻孔分别编号为K1—K7。所有钻孔深度全部设置为70 m，钻孔整体上呈现出扇形的分布特征。如图1所示为7个钻孔在工作面迎头区域的分布图。

图1 探放水钻孔的位置分布情况

K1—K4的作用主要是对顶板漏水问题进行控制，在距离顶板1 500 mm的区域进行钻孔，不同钻孔之间的距离设置为800 mm。所有钻孔的仰角全部设置为12°，水平角各有不同，其中K1、K2钻孔水平角均为0°，K3和K4钻孔水平角分别为-13°度和13°。K5—K7的作用是对工作面迎头的漏水问题进行控制，在距离顶板2 000 mm的区域进行钻孔，不同钻孔之间的距离设置为800 mm。K5—K7钻孔的仰角全部设置为0°，水平角分别设置为-8°、0°和8°。如表1所示为运输巷道探放水钻孔的位置和角度情况。

根据上述的运输巷道探放水施工方案，为了保障巷道掘进过程的安全，探放水钻孔超前保护距离、巷道允许掘进距离以及帮距分别设置为40 m、30 m和16 m，如图1-2所示为运输巷道探放水施工方案的断面示意图。

表1 运输巷道探放水方案中钻孔位置和角度情况

3 煤矿井下运输巷道探放水施工及安全措施

1）根据探放水施工方案，正式进行施工前需要对钻孔附近巷道顶板支护情况进行详细检查。在与工作面迎头距离2 000 mm的区域设置一排木桩，木桩之间的距离设置为500 mm，要求木桩牢牢顶住巷道顶板和底板，确保牢靠。然后在木桩上设置挡板。目的在于防止钻孔施工过程中发生突水，对相关机械设备造成损坏。此外，在与工作面迎头距离40～50m的区域设计临时水槽，并且为之配备排水设施。结合实际情况采取合适的方法将临时水槽的水排至附近采区水仓。

2）在安装钻机前要对附近支护安全情况进行检查。根据相关要求科学合理地安装钻机，确保钻机自身的牢靠性。钻机的送电和停电过程必须严格按照规章制度执行。为保障钻孔施工过程中的安全，需要在孔口部位安装相关的安全设施和装置，具体而言包括钻杆逆止阀、孔口管等。钻孔过程中如果发现存在问题，比如水压突然增大，发现附近煤壁存在片帮、松软等问题，必须马上停止施工，且不得将钻杆拔出。解决相关问题后才能够继续施工。如果是水压突然变大，可以通过反压钻进方法进行钻孔施工，且在钻机中增加设置防喷设施。

3）探放水施工过程中，方案的设计人员必须到施工现场指导钻孔，明确钻孔的数量、角度、深度以及具体位置。在充分分析水文地质调查资料的基础上计算得到积水区水压的大小。

4）钻孔过程中需要对相关的数据进行准确记录。需要记录的数据包括煤层的厚度以及钻孔的深度等。每钻进10 m或需要对钻具进行更换时就进行一次测量，特殊情况下还需要实施孔斜测量。安排专门的瓦斯监测人员实时监测瓦斯浓度。如果发现瓦斯浓度有急剧增大的趋势，必须立即停止施工。且所有施工人员马上撤离到上风口位置，在采取相关措施降低瓦斯浓度后才能够继续施工，否则不得继续钻孔施工。钻探时如果已经探到水，则需要马上对水压、水质以及水量进行检测，并且及时将水排走，避免对钻孔施工过程造成不利影响。需要注意的是，钻孔设计时还需要参考巷道的排水能力。

5）针对运输巷道探放水施工过程编制专门的应急预案，明确施工过程中如果突发安全问题时对应的应急措施。

4 运输巷道探放水施工效果分析

4.1 探放水总水量统计

如图2所示为探放水总水量随时间的变化曲线。从图中可以看出，该运输巷道工作面经过探放水钻孔施工后，探放水总水量达到了12万m3左右。从图中可以看出，探放水刚开始阶段，由于钻孔数量相对较少并且存在钻孔被堵塞的情况，所以总体探放水排水量变化不是非常明显。随着钻孔数量的不断增多以及钻孔堵塞问题的解决，每日排水量出现了快速增多的趋势。经过近1个月的排水，运输巷道顶板上部区域采空区积水已基本排除完毕，总排水量基本不发生变化。

图2 探放水总水量随时间的变化曲线

4.2 钻孔水压效果评价

以K6探放水钻孔为例，统计分析了该钻孔水压随时间的变化情况，结果见下页图3。从图中可以看出，K6探放水钻孔刚开始时的水压为1.6 MPa左右，经过一段时间的探放水，水压最终降低到了1.36 MPa左右。虽然中间探放水过程中水压出现了一定程度的波动，但是总体的变化趋势是逐渐降低的。监测过程中发现K6钻孔水压最大值达到了1.65 MPa，分析认为导致这种情况的原因主要为：测量误差的影响；其他钻孔出现堵塞导致K6钻孔水压出现局部升高；运输巷道顶板上部采空区积水水压自身不稳定等。在后续的多次检测过程中均发现K6钻孔的水压都保持在1.36 MPa左右。也就是说经过一段时间的探放水，运输巷道顶板采空区的水压能够保持稳定，这对运输航道的掘进过程安全提供了坚实的保障。

图3 K6探放水钻孔水压随时间的变化情况