许疃煤矿3238风巷过老空水探放孔洞治理技术

王庆永 彭 飞 罗 通

（淮北矿业（集团）有限责任公司许疃煤矿，安徽 淮北 235000）

许疃煤矿地质条件复杂，沿煤层走向次级褶曲发育，煤层顶底板起伏变化较大，工作面回采后在巷道低洼地段形成采空区积水[1]，对下区段工作面沿空掘进构成极大安全威胁，必须采取岩巷远距离集中探放措施对采空区积水进行超前疏放。由于探放水钻孔单孔设计长度较长，钻进过程中孔内出现塌孔的情况较为普遍，尤其是终孔穿煤段，通常采取洗孔方式进行疏孔。频繁洗孔后会排出大量煤屑，造成沿空侧煤体内留下大范围的老空水探放孔洞。而这些孔洞中又将积聚大量的瓦斯、残余采空区积水，巷道穿过时可能会向采空区持续供氧，从而易引发瓦斯、煤层自燃及水害事故。为消除以上事故隐患，必须采取针对性措施对老空水探放孔洞进行超前治理，通过采取超前探查方式查明了前方孔洞分布范围，严格执行调整层位、注浆加固及管理保障措施等一系列技术措施，杜绝了瓦斯、煤层自燃及水害事故的发生，保证了巷道施工安全，为沿空掘进巷道快速过老空水探放孔洞提供新的思路。

1 工程背景

1.1 地质概况

许疃煤矿位于安徽省蒙城县境内，属淮北煤田临涣矿区。矿井井田走向长约9～12km，宽约3～7km，矿井面积52.59km2，矿井地质类型为极复杂，水文地质类型为中等，主要水害为老空水、煤系地层顶底板砂岩裂隙水、“四含”水、断层水、封闭不良钻孔水。3238工作面走向长1702m，倾斜宽238.5m，开采标高-592.8～ -725.6m，煤厚1.30～3.75m，平均2.60m，煤层倾角3～32°，平均 20°。上区段3236工作面回采结束后，在工作面里段及外段形成两处较大积水区，3238风巷沿上区段3236机巷掘进，煤层净垛5m，掘进期间主要充水水源系32煤层顶底板砂岩裂隙水及3236采空区积水。

1.2 老空水探放孔洞成因

3236采空区存在两处低洼积水区。外段积水区积水面积15611m2，积水长度465m，水头高度17.5m，积水量12733m3；里段积水区积水面积56021m2，积水长度1045m，水头高度33m，积水量60317m3。3236外段采空区积水示意图如图1所示。上述外段积水通过3238老底抽巷普通钻进进行岩巷远距离集中探放，单孔设计长度156m，钻进期间受煤（岩）岩性软、穿煤距离长、孔壁振动及钻孔偏斜等因素影响，钻孔内多次出现塌孔、卡钻现象。为保证探放水效果，多次采取洗孔措施，造成大量煤屑从煤体中释放至3238老底抽巷内，在煤体中形成老空水探放孔洞并持续扩大，给沿空掘进带来极大安全威胁。为充分疏放3236外段老空水，先后实施两次探放水工程，共施工两组6个钻孔，总放水量12650m3。探放水期间，钻孔内多次堵孔，出水不畅，必须及时进行洗孔，共排渣约350m3，因排渣量过大，导致3238风巷与3236机巷煤柱内留下三处老空水探放孔洞。

图1 3236外段采空区积水示意图

2 沿空掘进期间存在的问题

2.1 瓦斯涌出异常

探放水工程结束后，在3238风巷对应煤层位置中存在三处老空水探放孔洞，巷道掘进时，瓦斯涌出异常主要来源于以下三个方面：（1）原始煤体瓦斯受采动影响由吸附状态变为游离状态，从而得到充分释放[2]；（2）巷道周围煤层中产生大量的裂隙而形成松动圈，这部分裂隙会成为瓦斯溢出的通道；（3）通过老空水探放孔洞进而与3236采空区直接沟通，使得采空区内部瓦斯短时间内大量溢出，易造成掘进工作面瓦斯浓度超限。

2.2 采空区煤层自燃

32煤层自然发火期为55d，属于Ⅱ类自燃煤层，采空区煤层自燃主要由于以下两个方面：

（1）3238风巷内由于风压差的存在，巷道内的部分风流会通过煤柱裂隙进入3236采空区，为煤层自燃提供了持续供氧的条件[3]；

（2）3238风巷过老空水探放孔洞期间现场管理不善，向采空区持续供氧，给采空区防火管理带来极大困难。

2.3 残余水害风险

采空区积水的特点是以静储量为主，水量集中且水压大，倘若掘透就会产生非常严重的后果[4]。3236外段采空区积水探放结束后，采空区低洼点仍会残余少量积水，这部分老空水富存在老空水探放孔洞中，3238风巷掘进期间，一旦揭露会突然溃出，具有很大的冲击力和破坏力，对人身安全危害极大，必须坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则[5]。

3 技术方案

3.1 超前探查

岩巷远距离集中探放水工程结束后，在巷道迎头到达探水线位置立即进行地质探查，根据钻孔结果综合分析，精准查明了前方老空水探放孔洞影响区域、有无积水、瓦斯等情况。

3.2 调整层位

探查结束后，认真分析清楚老空水探放孔洞范围，考虑到沿空侧煤体受老空水探放孔洞及动压双重影响，煤（岩）层抗压（拉）强度降低，不利于顶板及帮部管理，特别是下山施工，老空积水对安全和生产的影响更大，不仅造成了安全隐患治理时间延长，而且降低了沿空掘进效率[6]。若将3238风巷底板抬升至与3236机巷底板同一标高，便可防止3236外段残余积水通过老空水探放孔洞涌入3238风巷内。为此，在保证安全的前提下，根据前方煤层变化趋势及前方Y-9正断层产状，并结合现场条件，对巷道的施工坡度进行调整。通过优化施工方案，决定在巷道距离2#老空水探放孔洞27m前，巷道施工坡度调整为5°上山，破顶施工19.5m，然后按照平巷继续施工直至跟上32煤层顶板。最终，3238风巷底板标高与3236机巷底板标高维持在同一水平，且3238风巷施工至Y-9断层面位置时，巷道正好跟上煤层顶板，避免了积水威胁及煤顶影响。调整层位后，巷道剖面空间位置关系如图2所示，3238机巷调整层位施工剖面图如3所示。

图2 巷道剖面空间位置关系

图3 3238机巷调整层位施工剖面图

3.3 注浆加固

（1）巷道迎头距离老空水探放孔洞影响边界前10m停止施工注浆钻孔，超前对老空水探放空洞及周围煤体内裂隙进行注浆充填及加固，封堵漏风通道，提高破碎围岩的整体稳定性。注浆材料选用高强度水泥和水玻璃配比后的双液浆，注浆过程中要随时观察、记录各种注浆参数的变化，若发生跑漏浆液应及时停泵处理，并做好注浆记录，以利分析。每孔注浆结束后，及时调整下个孔注浆参数，注浆终止压力不低于3MPa，稳压时间不低于30min。

（2）注浆结束后，施工1个注浆效果检验孔。先注入适量清水冲开煤（岩）体内部裂隙，后注入一定浓度的双液浆，当注浆压力上升至3MPa时，仍无法注入浆液，方可认定前方孔洞被充填密实。

3.4 管理保障措施

（1）严格控制巷道允许进尺距离，采用边探边掘的方式掘进，采取探5m进3m方式掘进，保留2m超前距。钻孔在断面上呈扇形布置，每组3个钻孔，顺巷道中线1个，与中线夹角15°各施工1个，中线左帮钻孔仰角10°，顺中线及右帮钻孔仰角1°，开孔高度为底板上0.5m，钻孔参数可根据现场情况作适当调整，探眼布置示意图如图4所示。短孔验证前方是否存在孔洞、CH4、CO及积水等情况，探查孔施工结束后必须立即进行封堵。如探查发现前方孔洞未注实，停止施工，再次注浆封堵，防止揭露孔洞造成瓦斯超限或者综掘机下陷，无异常情况后方可继续施工。

图4 探眼布置示意图

（2）加强帮部临时支护，防止因片帮而引起巷道与老空水探放孔洞沟通。采用护帮卡子配合撞楔方式护帮，每帮撞楔不少于两根。护帮卡子生根在M钢带上，撞楔生根在护帮卡子上。每根撞楔护帮卡子不少于两个，上部1根撞楔距顶板不大于200mm，撞楔间距600mm，下部1根距底板不大于1.0m。撞楔与护帮卡子之间采用木楔楔紧。

（3）完善巷道排水系统，通常情况下排水的泵窝应该选择在巷道内地势较低的区域，能在出水之后及时将水引入泵窝内排泄干净。因此，在迎头配置排水能力不低于40m3/h的排水设备两套（一套热备用），并备用风泵不少于两台，如迎头有孔洞出水现象及时进行抽排。

（4）抽采、通风系统延接至迎头，并准备气囊、装填好的阻燃编织袋、注浆装置及应急用料，施工过程中如出现巷帮底部片帮严重，立即组织封堵、注浆、抽采、排水。

（5）采取喷浆封闭、埋管注氮等技术措施实现对采空区有害气体的封堵、惰化，从而达到防治采空区自然发火的目的。巷道过老空水探放孔洞期间，专门在最低放水点位置设注氮孔，放水后及时向采空区注氮。

（6）割煤（岩）期间，瓦检员必须始终在现场，随时检查巷道内煤（岩）体裂隙内瓦斯及CO等气体变化情况，必要时取样化验。

（7）过老空探放水孔洞期间，安排专业管技干部现场跟班。

4 结论与建议

（1）通过采取上述安全技术措施，3238风巷掘进期间未发生瓦斯、煤层自燃及水害事故，巷道安全通过了三处老空水探放孔洞。期间共施工钻孔304m/8孔，注入水泥量8.6t，锚网支护有效、可靠，实现了3238风巷安全快速过老空水探放孔洞，为今后类似水文地质条件下沿空掘进提供了宝贵经验。

（2）针对长距离穿煤探放水钻孔施工过程中堵孔、塌孔、穿煤距离长等难题，改进钻探工艺，优先选用远距离定向钻进技术，精准控制钻孔在煤（层）中的钻进轨迹，从设计源头减少钻孔穿煤距离。

（3）钻孔在复杂地层钻进过程中往往会引起塌孔事故，由此带来钻进效率低、成孔质量差等不良后果，甚至导致钻孔报废。因此，精确选择钻孔层位、岩性，注重钻探工艺、钻具级配等问题，从而提高探放水钻孔在复杂地层中孔壁稳定性、钻进效率，减少塌孔事故，为后续巷道掘进施工提供便利和安全条件。