3307胶带顺槽超前探测设计

＊刘永强

（山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司 山西 045000）

1.工作面概况

上组煤三采区3#煤3307胶带顺槽位于井田南部，该巷道西面为上组煤集中胶带巷，东、南、北面均为实体煤、岩层，上覆无采空区。3307工作面设计走向长747.5m，倾向长200m，其中3307胶带顺槽长度为760m，3307轨道顺槽长度为735m，煤厚1.8-2.2m，平均煤厚2.0m。顶板标高为865-887m，平均876m，对应地面标高平均为1098m。

工作面四周均为实体煤层，上覆及周边无采空区。山西组含水岩组充水以顶板进水为主，含水层以砂岩为主，直接构成本组3号煤层的直接充水含水层，富水性一般较弱。含水层以K7、K8砂岩及3号煤上厚层砂岩为主，含承压裂隙水。基岩面风化带厚度约20m，风化裂隙发育，具铁质浸染现象，含风化裂隙水，由于盖层厚度100m左右，加之区域范围内出露面积小，含水层富水性弱。工作面内存在ZK304号钻孔，根据钻孔位置，工作面掘进至该处，将编制专项钻探设计，制定安全技术措施，防范钻孔导通上覆含水层，影响工作面的掘进。影响本工作面采掘的水患主要为上覆的上、下石盒子组及山西组砂岩裂隙含水层，为煤层的直接充水含水层。

2.“有掘必探”超前探设计

探查掘进前方是否存在隐伏导水构造，防范水患，确保工作面安全掘进[1-2]。探放水钻孔施工主要在工作面迎头施工。

(1)物探设计

①瞬变电磁探测

采用YCS200矿用本安型瞬变电磁仪，巷道每掘进80m，做一次瞬变电磁勘探，确定前方巷道赋水情况，有异常情况时，采取加密钻探。3307胶带顺槽设计长度760m，每隔80m做一次物探超前探测，即开口处、80m处、160m等位置停掘进行物探超前探测[3]。A.沿巷道前进方位，倾角0°，即垂直工作面，探测前方100m扇形范围内的赋水异常区；B.沿巷道前进方位，倾角约30°，探测巷道前方上部100m扇形范围。

设计矿井瞬变电磁法超前探测共布置横向探测点8个（图1所示），分别是左侧帮（180°、150°、120°）、正前方（左侧90°、右侧90°）、右侧帮（0°、30°、60°）；每个横向探测方向共布置2个纵向探测角度（图2所示）：与巷道顶板呈30°夹角向前方顶板探测，顺岩层方向向前方探测，共计16个测点数据。当超前物探探测存在异常，针对异常区域编制专项探放水设计，进行异常区钻探验证。

图1 瞬变电磁法现场布置横向探测角度示意图

图2 瞬变电磁法纵向探测角度示意图

②直流电法勘探

采用福建华宏仪器厂生产的ZDJ9.6矿井并行电法监测装置，是一款采用先进的分段集中式架构实现的全并行电法勘测系统，系统具单机、多机工作模式，也可拓展成监测工作模式，满足多种电法勘探：常规电法、高密度电法、三维电法等数据采集需求。可应用于矿山开采、隧道、地铁、水利等地下工程水文地质隐患探测和监测。

根据项目需求，单次直流电法超前探测，布置八个发射电极，每次接收八组数据，后移动八组接收电极两次，电极间距5m，布置电极32个，测线布置长度约为160m，其中，电极从巷道掘进迎头与底板相交处依次布置发射点，A1、A2……A8号电极，后极依次以5m间距沿巷道走向布置M1、M2……M8接收电极，接收完成后，继续移动布置在M9、M10……M16、M17、M18、M24，M8与M9、M16与M17重合；布置时电极位于底板巷道中心轴线上，如下图。

图3 直流电法超前探测示意图

(2)超前钻探设计

当超前物探探测无异常时，顺槽钻探设计为40m1组，每组施工4个钻孔。钻机选用型号：ZWY-3200S型煤矿全液压钻机，钻杆Φ73mm×1.5m，钻头为85mm三翼合金钢钻头。以下掘进期间探放水设计适用于3307切眼的超前探放水工作。

超前钻探钻孔布置技术要求[4]：1#孔在正窝头正中距底板1m，垂直窝头打入，以窝头退后10m范围内的巷道坡度基础上增加0°的角度打入；2#孔在正窝头正中距底板1.5m，垂直窝头打入，以窝头退后10m范围内的巷道坡度基础上增加2°的角度打入；3#孔窝头距底板1m，距右帮0.5m，外偏24°，以窝头退后10m范围内的巷道坡度基础上增加1°的角度打入；4#孔窝头距底板1m，距左帮0.5m，外偏24°，以窝头退后10m范围内的巷道坡度基础上增加1°的角度打入。要求保证各孔在巷道前进方向上均能满足30m以上的超前距。

表1 超前探钻孔施工参数表

异常出水的化探：在巷道掘进过程中顶板出现淋水或在实施超前探测的过程中钻孔出水，需对出水进行采集，并对水质进行化验，根据化验报告进行水源分析，确定是否需要加设钻孔进行探放，以确保安全掘进。

3.超前探测的安全技术措施分析

(1)物探安全技术措施

在进行物探施工前，应该检查仪器的防爆性。待确认仪器没有问题后，方可运到指定位置进行作业。在搬运过程中，要轻拿轻放，以免对仪器造成损坏。在进行测量前，首先检查作业空间是否有发生安全事故的风险，例如发生冒顶等。物探仪器操作人员必须严格按设计要求施工，线框角度摆放要正确，确保探测准确。物探施工前应确保作业环境符合物探施工条件，要将物探干扰降至最低。

(2)钻探安全技术措施

钻工必须经过培训持证上岗，学习作业规程，了解掌握钻孔探查设计内容。钻场附近必须有专人定期对顶板进行维护，以免发生冒顶。在进行钻孔前，应该清理完钻场的浮煤，并保证钻场处顶板的支护质量，要避免出现空顶现象。钻机的操作应由具有丰富现场钻进经验的工人完成。每班开钻前，钻机要先试正、反转。钻机开始运转后，任何人不准触摸钻杆及机器旋转部位，防止钻机伤人。钻进过程中，要严格执行现场交接班制度，现场交清孔内情况和钻机运转情况。

(3)突水异常预防措施

钻孔发生突水后要进行关闭阀门，对水量进行控制。探放水施工中一旦发生突水事故，现场不能控制时，应立即将突水情况向矿调度室汇报，并以尽快的方式通知附近地点的工作人员一起撤退。如果突水来自老空积水，在突水的同时有大量有害气体涌出，撤离时要迅速戴好自救器或用湿毛巾捂住口鼻，以防中毒或窒息。

4.小结

在掘进施工过程中，矿井水对掘进的安全性危害极大。为了保证掘进施工的安全性，针对上组煤三采区3#煤3307胶带顺槽的超前探测进行了设计，设计了电法勘探和钻探的方案。针对超前探测可能出现的一些危险情况，设计了一系列的安全措施。可以为掘进工作面的超前探测设计提供一定的参考。