近距离煤层掘进超前探放水技术研究

近距离煤层掘进超前探放水技术研究

代小伟

国家能源集团神东煤炭寸草塔二矿  内蒙古鄂尔多斯市 019010

   摘要：截止目前 15111 运输顺槽已掘进到位，15111运输顺槽在后期掘进过程中共计施工 6 个探水钻场，30 个探水钻孔，其中有 19 个为湿孔，11 个为干孔，共计放水量为 3 277 m3。在巷道探放水施工后的掘进过程中，顶板最大淋水量控制在 1.04 m3/h，解决了上覆含水层水患影响，保证了巷道安全快速掘进，取得了显著应用成效。

关键词：掘进巷道； 顶板裂隙水； 探放水设计； 安全措施

引言

   针对 15111 运输顺槽掘进过程中受上覆 K2 含水层影响，顶板出现淋水现象，导致巷道顶板软化严重、顶板支护难度大、巷道掘进效率差等技术难题，通过对 15111 顺槽上覆含水层采取合理有效的探放水设计，并采取了相应的安全技术措施。从实际应用效果来看，采取探放水措施后消除了上覆裂隙含水层水害隐患，取得了显著应用成效。15111 运输顺槽设计长度为 1 340 m，巷道设计断面规格为宽×高=4.2 m×2.8 m，巷道掘进煤层为 15号层，煤层厚度约 1.3~3.6 m，平均厚度约 1.86 m，部分发育 0~1 层夹矸，矸厚 0.10~0.35 m，结构简单。老顶为 K2 灰岩，直接顶为黑色泥岩，底板为泥岩，老底为灰岩。煤层的物理性质：黑色，条带状，亮煤为主，夹带状镜煤，呈条带状结构和层状构造，煤层比较稳定。1511 运输顺槽采用综合机械化掘进工艺，截至目前巷道已掘进 650 m。

1 巷道探放水施工设计

   为了降低上覆含水层对巷道掘进影响，惠阳煤矿决定对巷道采取探放水施工设计。

1.1探水设备

  1）15111 运输顺槽主要采用 ZLJ650 型钻机进行探水钻孔施工，该钻机配套长度为 1.5 m，直径为63 mm 的中空钻杆，直径为 75 mm 的导向钻头以及直径为 128 mm 的扩孔钻头。2）钻孔封孔时主要采用每根长度为 3.0 m，直径为 108 mm 的 PVC 孔口管；注浆主要采用 ZBQ 型气动注浆泵，注浆材料采用聚氨酯化学材料。

1.2 钻孔布置参数

  1）15111 运输顺槽巷道掘进期间对工作面迎头共计布置 5 个探水钻孔（1#、2#、3#、4#、5#），钻孔布置在距顶板 1.5 m 处煤壁上，每排钻孔成一字型布置，钻孔间距为 1.0 m。2）探水钻孔深度为 100 m，钻孔直径为 75 mm，所有钻孔以 20°仰角布置，其中 1# 钻孔水平角为0°，2#、4# 钻孔水平角为 6°，3#、5# 钻孔水平角为12°。

1.3 钻孔封孔工艺

  1）钻孔深度达 10 m 后停止继续钻进，并及时更换采用直径为 128 mm 的扩孔钻头进行扩孔施工，扩孔深度为 10 m，扩孔后钻孔直径为 130 mm，扩孔时应保证扩孔壁完好，扩孔完成后对孔内煤屑及时进行清理。

  2）钻孔扩孔完成后在扩孔段安装四根孔口管，在孔口管两端处分别安装一个环形封孔器，在孔口管外露端分别安装压力表、阀门。若煤壁片帮严重时可采用锚杆将孔口管阀门等固定在煤壁上。3）孔口管安装后在孔口管与孔壁之间插入一根长度为 4.0 m，直径为 12 mm 的注浆软管，注浆软管外露端与 ZBQ 型气动注浆泵连接并进行注浆施工，注浆时注浆压力为 1.5 MPa。

2 安全技术措施

  1）在探放水前必须对钻场围岩进行加强支护，为了防止水压冲击作用导致顶板垮落，在工作面迎头支设两排单体液压支柱，每排 4 根单体柱，排距为1.5 m，间距为 1.2 m，第一排单体柱支设在距工作面迎头 0.5 m 处，单体柱支设后必须保证与顶底板接触严实。2）为了防止巷道出现涌水事故，探放水施工前需在距工作面 30 m 处施工一个临时水仓，水仓有效容积为 20 m3，在水仓内安装一台 45 kW 的卧式潜水泵，并采用管路与采区水仓连接。3）探水钻孔在施工期间必须由专职的探放水技术人员进行现场指导，钻场内钻孔布置数量、钻孔方位角、深度、倾角等技术参数必须符合探放水设计要求，钻孔施工过程中应详细记录钻孔内岩性变化情况。4）由于 15111 运输顺槽上覆含水层水压达 1.2MPa，所以为了保证探放水过程的安全性，探水钻孔孔口处必须安装卸压装置、控制阀门以及钻杆逆止阀等安全设施。5）在钻孔施工过程中若发现钻进煤体松软、顶钻等现象时，必须立即停止钻进但不得拔出钻杆，并向调度室及时进行汇报，采取合理有效的措施后方可继续钻进，在放水过程中若出现水压加大现象，必须在孔口处安装防喷装置。6）在钻孔施工、探放水施工期间必须安排专职的瓦斯检测人员对钻场及钻孔内有害气体进行检查，若放水期间发现有害气体异常时，必须立即停止施工，将钻场附近所有人员撤出上风口处，并通知通风区队采取有效措施排除有害气体。

3 地质及水文地质分析

   根据3维地震资料精确解释资料，预计工程1#井应穿3个煤层，2#、3#井应钻3个煤岩。实际1#井出露3个煤。各钻井地质分析如下。 (1)1#钻孔。通过182°方位角钻孔，仰角30°，63～83.7 m处可见煤层，与预期煤层位置相差不大。为F12断层下壁，最终钻孔深度为85 m。在26 m位置钻井时，井出水，水量小，初始进水量约2.6 m3/h。 (2)2#钻孔。方位角182°钻孔，仰角2°，煤层未出露，最终孔深160m，钻孔无水出。 (3)3#钻孔。方位角182°钻孔，俯角2°，煤层未出露，最终孔深130m，无水出孔。根据1#～3#钻井施工情况和区域地质资料分析，南锡巷位于F12断层底部。钻井过程中，仅有1口井出水，初期进水量约2.6立方米/小时，2#孔和3#孔无水。根据钻井层位和区域水文地质资料分析，1#井喷出的水为裂隙砂岩水。

4结论与建议

  （1）本次超前勘探放水，预计南锡1#巷探水室前160m范围内岩石水丰度较差，不会对路面安全行驶产生较大影响。（2）在南锡步道和南锡带的开挖过程中，防水人员必须加强对现场水文地质条件的观察。 如有异常水文地质情况，如顶板淋水、底板涌水等，应立即分析原因，查明水源。（3）为保证本次超前研究和排水范围外的南锡行车道和南锡带车道安全开挖，防止水害，需要通过循环水研究实现路面安全开挖。

结语

  综上所述，由于 15111 运输顺槽上覆为 K2 灰岩含水层，与巷道顶板层间距为 25~32 m，受巷道采动影响，巷道顶板裂隙发育，从而产生涌水通道，导致巷道掘进前期顶板出现淋水现象，最大淋水量达 4.5 m3/h，严重威胁着巷道安全快速掘进。

参考文献：

[1]王强.掘进巷道顶板裂隙水探放水施工设计[J].煤矿现代化,2020(04):18-19+22.

[2]武小龙,何广宏.掘进巷道顶板采空水的防治技术[J].能源与节能,2020(05):103-104+106.