邻积水采空区巷道探放水设计及安全措施

司金文

（晋能控股煤业集团南河煤矿，山西 高平 048000）

1 概述

晋能控股煤业集团南河煤矿15108 运输顺槽位于井田一采区，巷道南部分别采区运输大巷、回风大巷及胶带大巷，东部为采区边界，西部为15106 工作面采空区。 15108 运输顺槽与西部的15106 工作面采空区间煤柱宽度为25 m。 15106工作面于2020年6月回采结束，工作面标高为+874 m，预计采空区内积水量为3 310 m3。 水文地质资料显示，15#煤层与3#煤层导通，15106 采空区充水因素主要为大气降水、 上覆3#煤层采空区积水及构造裂隙水等。

15108 运输顺槽设计长度为1 660 m，巷道宽度为4.5 m，高度为3.2 m，巷道掘进煤层为15#层，煤层平均厚度为3.2 m，巷道沿煤层掘进，15108 运输顺槽掘进标高为+875 m。 巷道采用综合机械化掘进工艺，截止2021年3月12日巷道已掘进至487 m，通过钻探发现巷道在450～640 m段为地堑构造，巷道在该区段平均标高为+872.4 m，导致巷道掘进过程中受15106 采空区积水影响，采空区侧巷帮片帮严重，并出现渗水现象。 通过现场观察，巷道在450～487 m 段，巷道内平均涌水量为2.8 m3/h，且伴随着巷帮片帮、 围岩破碎现象，制约着巷道安全快速掘进。

2 采空区探放水设计

为了保证15108 运输顺槽后期过地堑段安全快速掘进，防止水害事故发生，决定对15106 采空区采取探放水措施。

2.1 钻探设备

15108 运输顺槽采用ZQJC-400/7.1 型液压钻机，直径为63 mm，长度为1.5 m 的中空钻杆及直径为75 mm 合金钢钻头联合进行钻孔施工；孔口管直径为108 mm，壁厚为4 mm 的无缝钢管，每根无缝钢管长度为2.0 m，钢管外部采用直径为6 mm 圆钢焊接成螺旋状，增加钢管摩擦力；采用PKJW 型环形封孔器进行钻孔处理[1]。

2.2 钻场及钻孔布置参数

（1）15108 运输顺槽掘进至487 m 处，布置探水钻场对15106 采空区进行探放水。在487～620 m段共计布置4 个探水钻场，钻场布置间距为50 m，在每个钻场底板施工一个临时水仓，并安装一台功率为5.5 kW 的立式排水泵。

（2）每个钻场内布置3 个探水钻孔（钻孔编号为1#、2#、3#），钻孔开口位置距顶板间距为1.0 m，钻孔间距为1.0 m，为了实现超前放水目的，钻孔与采空区侧煤柱成25°斜角布置，钻孔深度为70 m，钻孔直径为75 mm，如表1 所示。

表1 15108 运输顺槽探水钻孔布置参数

（3）1#钻孔以0°角布置，2#钻孔以2°仰角布置，3#钻孔以5°仰角布置，如图1 所示。在钻场前后20 m 处各施工一组校验钻孔，每组两个，分别位于顶板下1.0 m 以及1.5 m 处，主要用于对钻场放水效果的检验；若钻场放水后检验钻孔水压、水量未出现衰减现象，需重新施工探水钻孔进行二次放水。

图1 15106 采空区探水钻孔布置

2.3 钻孔封孔工艺

为了保证钻孔放水效果，避免放水过程中因水压作用导致孔口煤岩体出现松动、垮落现象，安装孔口管并采用水泥砂浆、封孔器进行封孔处理。

（1）钻孔扩孔施工：钻孔安装孔口管之前需对钻孔扩孔，扩孔深度根据围岩稳定情况进行确定。扩孔后必须保证孔口及终孔位置位于稳定煤岩体内。15108 运输顺槽探水钻孔扩孔深度为11 m，扩孔直径为132 mm。

（2）孔口管安装：钻孔扩孔到位并清理完扩孔段煤屑后，对扩孔段内安装6 根孔口管，相邻两根孔口管之间采用丝扣连接，连接长度为0.2 m，孔口管外露端依次安装控制闸阀、法兰盘、压力表、卸压装置等。

（3）封孔施工：孔口管安装后，对扩孔段底部孔口管与孔壁之间采用膨胀水泥封堵，封堵长度为0.5 m，然后安装一个PKJW 型环形封孔器，在孔口处同样安装一个环形封孔器，两个封孔器安装距离为10 m，在孔口段同样采用膨胀水泥封堵；封孔器安装后对两个封孔器之间形成的环形空间内埋入一根注浆软管，注浆管的一端与注浆泵连接，最后对环形空间内进行注浆施工，如图2所示。 注浆液采用膨胀剂、 固体速凝剂、 水以及425#水泥等以1:1:5:5 配比混合浆液，注浆压力为2.0 MPa。

图2 15106 采空区探水钻孔封孔平面

（4）耐压试验：钻孔封孔3 h 后对封孔段进行注水耐压试验，注水压力为3.5 MPa。 注水过程中观察孔口管稳定情况以及煤壁渗水情况，若发现注水期间孔口管窜动、 煤壁渗水时必须重新进行封孔处理[2]。

3 探放水安全措施

1）探水钻场必须布置在顶板及巷帮稳定区域，严禁将钻场布置在构造区、应力区内。 在布置钻场前必须对钻场及前后5.0 m 范围内顶板进行加固，可采用施工组合锚索、锚索吊棚等支护措施进行补强支护。

2）探水钻孔施工前必须由专业测量人员现场指导，对钻孔开口位置现场给定。 钻孔施工过程中每钻探1.0 m，准确记录钻孔内岩性，及准确掌握钻孔轨迹[3]，保证钻孔沿设计方向钻进。

3）钻孔在施工过程中发现顶钻、喷钻现象时，必须立即停止钻进，严禁拔出钻杆[4]，必须查明原因方可继续钻进；钻进期间在钻场必须安装瓦斯等有害气体传感器，发现有害气体超限时必须停止作业，并及时撤人[5]。

4）钻孔放水前在钻场底板处施工一个临时水仓，水仓规格为长×宽×深=1.0 m×1.0 m×1.5 m，水仓内安装一台5.5 kW 的卧式水泵，采用排水软管与采区水仓连接。

5）为了防止放水过程中因高压水流冲击作用，造成钻场煤壁出现垮落现象，在放水前对钻场煤壁安装L 型钢棚，具体工序如下：①15108 运输顺槽钻场安装的L型钢棚由顶梁和棚腿、卡缆等部分组成，棚腿长度为3.5 m，顶梁长度为1.5 m，顶梁中部焊接一个直径为30 mm 圆孔；②L 型钢棚安装在钻场前后5.0 m 范围，安装间距为1.0 m，每个钻场共计安装10 架钢棚，钢棚安装时棚腿与巷帮预留0.15 m 间隙，顶梁与顶板采用锚杆进行固定；③相邻两架L 型钢棚安装后，在棚腿与巷帮之间填充水泥背板如图3 所示，水泥背板长度为1.2 m，宽度为0.3 m。

图3 15108 运输顺槽探水钻场L 型钢棚架设

6）15106 采空区内积水水压大于0.1 MPa 时安装卸压装置；钻孔放水过程中根据水压变化控制放水量大小；准确记录每个钻孔内放水量，以及校验钻孔放水情况；确定钻孔放完水后，及时对钻孔采用水泥砂浆进行封堵。

4 结语

15106 采空区采取探放水施工后，通过现场观察，每个钻场平均放水时间4.5 d，每个钻场平均初始放水量为47.2 m3/h，4 天后钻场平均放水量为0.74 m3/h，钻场放水衰减率为98.4%，4 个钻场总放水量为3 288 m3/h。 巷道在后期掘进过程中未出现巷帮垮落、严重涌水现象，巷道内涌水量减少至0.12 m3/h，通过对15106 采空区积水探放水施工后，基本消除了采空区水害隐患，取得了显著成效。