施工总回风巷疏放水提升矿井风险管控水平

任永强

(国能神东煤炭集团有限责任公司布尔台煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017209)

0 引言

由于过去煤矿事故发生频繁，给国家和社会造成了不良影响，同时对资源和人的生命也造成了损失。随着社会的进步和技术的发展，生命的价值和保护资源越来越受到重视，煤矿的安全生产着眼于人，保护劳动者的生命，体现以人为本的重要性，所以为了避免煤矿事故的发生，搞好煤矿安全生产，必须加强煤矿“一通三防”在内的各类风险管控，这样既保证了煤矿开采的正常运行，又维护了煤矿企业自身的形象与利益[3-5]。

1 矿井基本情况

布尔台煤矿是中国神华能源股份有限公司投资建设的一座特大型现代化矿井，现属国家能源集团神东煤炭集团公司管理。布尔台煤矿位于神东煤田西北部，井田含煤地层为侏罗系延安组，共有可采煤层10层，主采2-2、4-2、5-2煤层，目前开采2-2煤、4-2上煤。

布尔台煤矿各煤层煤尘均具有爆炸性危险，根据2014年瓦斯鉴定报告，矿井绝对瓦斯涌出量为27.95 m3/min，相对瓦斯涌出量为0.67 m3/t，属瓦斯矿井。矿井涌水量520 m3/h，根据2016年编写的《神东煤炭集团布尔台煤矿水文地质类型划分报告》，布尔台煤矿水文地质类型为中等。

2 总回风巷实施疏放水工程的背景

以往采区设计采用上下山布置，大巷沿煤层底板按照统一坡度掘进，这类巷道可以实现井下污水自流至水仓，但增加了掘进时的割岩量。神府煤田为近水平煤层，神府煤田神东矿区大巷沿煤层布置，有利于减少巷道割岩量，提高巷道掘进效率，但由于煤层局部起伏较大，造成大巷低洼处容易积水[6-7]。

布尔台煤矿2个水平(2-2煤和4-2煤)共设置2个中央水仓和2个盘区水仓，分别为2-2煤一盘区中央水仓、4-2煤一盘区中央水仓、2-2煤二盘区水仓和4-2煤二盘区盘区水仓。2-2煤一盘区中央水仓污水经2-2煤总回风大巷排至地面污水处理厂；2-2煤二盘区水仓污水经2-2煤一盘区总回风大巷、2-2煤与4-2煤间管子道进入4-2煤中央水仓；4-2煤二盘区水仓污水经4-2煤一盘区总回风巷排入4-2煤一盘区中央水泵房；4-2煤中央水泵房污水经2-2煤总回风巷排至地面污水处理厂。2-2煤总回风巷承担着全矿污水管路的铺设，造成2-2煤总回风巷排水管路较多，部分管路由于年长老化，管路和管路连接处可能爆裂漏水，造成2-2煤总回风巷快速积水，通过对2-2煤总回风巷剖面图进行分析，发现总回风巷局部起伏较大，尤其是煤层急剧变化或存在构造的地段，矿井开拓前期为减小受煤层赋存或构造的影响，巷道坡度起伏较大。这些区域如发生管路爆裂漏水，积水在巷道内快速聚积，如排水系统不能正常排水或出现故障，可能造成2-2煤总回风巷全断面淹没，致使通风系统短路，发生较大安全事故，如图1所示。

图1 2-2煤总回风巷局部低洼处剖面

布尔台煤矿针对该重大安全隐患，决定实施2-2煤总回风巷疏放水工程，从4-2煤辅运大巷顶板向2-2煤总回风巷低洼底板处施工疏放水钻孔，钻孔终孔目标位置为2-2煤总回风巷可能造成全断面水淹巷道底板三角处，相对位置如图2～5所示。2-2煤总回风巷如遇水管破裂或附近风泵故障等原因造成水淹巷道时，积水经钻孔引流至4-2煤辅运大巷排水系统中，彻底解决2-2煤总回风巷水淹全断面造成风流短路的隐患。

图2 疏放水钻孔立体示意

图3 疏放水钻孔-剖面示意

图4 总回风巷疏放水钻孔平面示意

图5 总回风巷疏放水钻孔剖面示意

根据2-2煤总回风巷巷道剖面分析可知，能够造成全断面积水地点共有5处，2-2煤总回风巷落平处至790 m间铺设φ377排水管路4趟，2-2煤总回风巷790～1 916 m间铺设φ377排水管路3趟、φ273排水管路2趟，2-2煤总回风巷1 916 m至巷道末端铺设φ273排水管路3趟。如φ377管路流量按346 m3/h计算，φ273管路流量按250 m3/h计算，5处积水点造成全断面积水所需时间，见表1。

表1 2-2煤一盘区总回风巷5处全断面积水所需时间统计

3 总回疏放水工程设计

3.1 工程介绍

布尔台煤矿2-2煤总回风巷底板起伏较大，低洼处易积水，根据2-2煤总回风巷剖面图分析得，划定可能造成全断面积水点5处，分别为2-2煤总回风巷2 920 m、2 330 m、1 650 m、670 m、150 m。从4-2煤辅运大巷顶板向2-2煤总回风巷底处施工疏放水钻孔，预防2-2煤总回风巷内管路爆裂漏水，造成巷道内快速积水导致矿井总回风巷风流短路。钻探队承担此次疏放水工程，具体目的和任务如下：

预防积水：通过对2-2煤总回风巷底板起伏情况进行分析，在底板低洼可能造成全断面积水区域布置疏放水钻孔，通过施工钻孔，将2-2煤总回风巷低洼处积水引流至4-2煤辅运大巷排水系统中，预防2-2煤总回风巷大量积水。

打预留孔：考虑到钻孔存在“飘孔”现象，本次预计施工钻孔8个，其中3个为预留孔，当贯通位置不佳时进行补孔[8]。

3.2 工程布置及钻孔参数

工程布置：根据本次疏放水工程施工的目的和任务，在4-2煤辅运大巷设计施工钻孔8个，所有钻孔由4-2煤辅运大巷顶板向2-2煤总回风巷底板施工。

钻孔参数设计：钻孔编号按积水点顺序编号，分别为T8、T7、T6、T5、T4、T3、T2、T1，具体参数见表2。

表2 2-2煤一盘区总回风巷疏放水工程钻孔设计参数

3.3 施工工艺及施工技术要求

孔位要求：严格按照设计孔位施工，施工顺序按孔号顺序由小到大施工，如需调整孔位及补充施工探放水钻孔，必须经技术部门同意后方可进行。

开孔要求：钻孔严格按设计开孔位置、仰角及方位角施工。

地点要求：钻孔开口时，按设计位置避开钢带、锚杆等不利于锚索施工的地点。

先开后扩：从4-2煤辅运大巷顶板向2-2煤总回风巷低洼处开孔，使用ZDY4200L履带式坑道钻机，钻杆直径为73 mm，钻孔以φ113 mm钻头开口，贯通后再以φ215 mm钻头扩孔。

临时封堵：终孔后，施工队需向调度指挥中心汇报施工情况，并采取临时封堵措施，提前准备好木楔子，在4-2煤辅运大巷钻孔开孔处用木楔子临时封堵孔口。

3.4 穿管及封孔

钻孔完成后从回风大巷向辅运大巷穿φ159管路，穿管长度以钻孔实际施工进尺为主，管路分为2种：①带丝扣φ159管路9～10根，每根4 m，通过丝扣连接；②普通φ159管路9～10根，每根4 m，通过焊接方式连接。穿管剩最后2 m用麻线缠绕，麻线上洒封孔液(聚氨酯A+B)，封孔液膨胀后将管路与钻孔间间隙填充，防止漏风，最后将管路与辅运巷排水管路对接，将水引流至4-2煤排水系统，如图6所示[9-12]。

图6 4-2煤辅运大巷泄水钻孔

4 疏放水工程施工情况与经验交流

4.1 工程施工情况

2-2煤总回风巷疏放水工程共施工钻孔7个，其中T5孔贯通位置较好一次性成孔，T4和T2孔贯通位置不理想，经掏槽后可将最低处积水引流至贯通处，符合施工要求；T3和T1孔贯通位置很不理想，经施工补充钻孔T3补和T1补，符合施工要求。本次疏放水工程累计进尺318 m，累计安装φ159管路约320 m，2-2煤总回风巷5处积水均引流至4-2煤辅运巷排水系统中，圆满完成了工程设计要求。

4.2 经验交流

全面提高煤矿开采的安全性，矿井的“一通三防”工作必不可少。将矿井防治水工作与通风工作进行有机结合后，不仅提升了煤矿企业的经济效益，而且更加有效地保障了矿井的安全生产，提升了矿井风险管控水平。

消除了制约矿井安全生产的隐患：为同类矿井解决类似问题提供宝贵经验。2-2煤总回风巷如出现管路爆裂漏水或风泵故障导致积水不断聚积，局部低洼处就可能出现全断面水淹，造成全矿井风流短路，轻则出现瓦斯超限，重则发生重大人身伤亡事故。该疏放水工程施工完毕后，2-2煤总回风巷低洼处如遇积水，积水经钻孔自流至4-2煤辅运大巷，后进入4-2煤排水系统，彻底解决2-2煤总回风巷水淹全断面造成风流短路隐患，实现安全效益。该技术适用于上下煤层巷道沿同一方向布置，且巷道在空间上近乎重叠的布置方式，为此类矿井解决类似问题提供宝贵经验。

减少设备使用和维护，实现降本增效：布尔台煤矿总回风巷原来使用风泵排水，风泵具有单价高、易损坏、运行不稳定等缺点，导致生产成本较高，2-2煤总回风巷施工疏放水孔后，原来的风泵均回收，实现了2-2煤总回风巷积水自然留至4-2煤辅运大巷排水系统，减少了设备维护量和采购设备成本，起到降本增效的作用。

减员增效，缓解排水压力:实施2-2煤总回风巷疏放水后，每天减少排水岗位工约12名，既实现了减员增效，又解决了机电队人员短缺的问题，将原总回风巷岗位工安排至其他岗位顶岗，有效缓解了矿内排水压力。

短距离、小倾角钻孔经验积累:钻孔施工过程中钻杆受自重、岩性等影响出现“飘孔”，再加上贯通位置要求相对较高，所以角度控制成为本次疏放水工程的技术关键，经过反复计算和经验总结，钻孔仰角在理论计算的基础上加大4.5°，贯通位置正好在2-2煤总回风巷低洼巷道底板三角处，贯通位置精确，为后期类似工程施工和布尔台煤矿上覆采空区疏放水工程施工提供了宝贵经验。

5 结语

综上所述，布尔台煤矿2-2煤施工总回风巷疏放水，对提升煤矿的风险管控水平及保证煤矿的安全生产起到了积极作用，同时也为类似矿井提供了借鉴。