回采巷道富水区域掘进超前探放水技术研究

康 涛

(山西焦煤汾西矿业集团 安全监察中心，山西 孝义 032300)

随着开采强度不断增加，浅部赋存条件较好的煤岩资源储量基本开采殆尽，矿井逐渐向深部区域开采[1-2]。深部区域煤炭开采时，受地下水影响更为明显，地下水会导致巷道围岩变形加剧，严重时甚至出现淹井事故，因此对矿井涌水进行治理成为煤炭回采时需要重点解决的问题[3-6]。山西某矿5605运输巷在掘进过程中出现顶板淋水问题，淋水量平均在6.3 m3/h，同时巷道底板出现一定积水、顶板及巷帮出现较大变形。为此，探明5605运输巷顶板涌水原因并针对性采取防治水措施对确保巷道掘进安全具有重要意义。

1 工程概况

山西某矿开采区域内有3号、5号、6号、9号以及11号等煤层，现开采主要集中在6号煤层。6号煤层厚度平均3.03 m、埋深530 m，煤层结构简单，中间夹杂有一层厚度0.2 m泥岩矸石。5605运输巷位于5采区，沿着6号煤层底板掘进，设计掘进长度1 510 m，矩形断面，净宽、净高分别为5.0 m、3.0 m，采用锚网索支护方式。6号煤层顶底板岩性以泥岩、石灰岩以及细砂岩为主，具体地层情况如图1所示。

图1 6号煤层地层柱状

5605运输巷采用EBZ260综掘机，巷道掘进至650 m时顶板淋水开始增加，现场监测发现顶板淋水量介于3.5～9.1 m3/h，均值为6.3 m3/h，同时巷道底板存在一定积水。在淋水影响下，巷道顶板锚网索出现锈蚀，部分区域甚至出现顶板悬顶问题，给巷道掘进安全带来较大威胁。具体5605运输巷顶板淋水巷道现场情况如图2所示。

图2 淋水段巷道现场

2 巷道顶板淋水原因分析

2.1 顶板岩层矿物成分分析

在5605运输巷顶板淋水较大取样并采用X衍射仪对矿物成分进行测试，具体现场取样及测试结果如图3所示。从测试结果看出，顶板岩层中矿物成分以高岭石、石英以及黏土等为主，具体含量分别为58.7%、24.2%、15.6%.高岭石以及粘土等遇水均会出现膨胀、软化，同时孔隙较高。

图3 顶板岩样及成分

2.2 含水层及顶板淋水分析

5605运输巷掘进揭露的部分采空区、废弃巷道内存在一定积水，表明顶板岩层裂隙较为发育。在巷道掘进过程中需要对采空区以及废弃巷道内进行疏排水。

6号煤层顶板直接涌水水源为基本顶石灰岩裂隙水及上方的砂岩含水层，6号煤层顶板含水层富水性较差，水力联系较弱，一般情况下，对6号煤层回采影响不大。5605运输巷掘进至650 m时，顶板淋水量显著增加的主要原因是此位置正处于区域背斜轴部，从而顶板含水层出现水集聚。6号煤层基本顶石灰岩及其上覆砂岩含水层沿着顶板裂隙向5605运输巷渗出过程中，在水的作用下，顶板岩层弱化、产生新的裂隙，从而丰富导水通道。

顶板含水层水量局部集聚、顶板导水裂隙通道发育以及顶板岩层含有较多的高岭石以及粘土等组分是导致5605运输巷掘进过程中顶板淋水量较大的主要原因。通过对顶板含水层进行定向疏排即可有效解决巷道顶板淋水问题[7]。

3 探放水钻孔施工

为了彻底解决5605运输巷顶板淋水较大问题，提出综合使用定向长钻孔、短距离探放钻孔对顶板含水层进行疏排。

3.1 定向长钻孔

5605运输巷顶板淋水水源主要为基本顶上覆砂岩含水层，为此设计的定向长钻孔主要在层位内。具体在5605运输巷掘进迎头后方10 m位置，布置宽度8.0 m、深度6.5 m、高度3.0 m钻场，在钻场内采用ZDY6000LD定向钻机施工长度500～1 000 m定向探放水钻孔；现场共计施工3个定向探放水钻孔，水平投影位置分别位于掘进迎头、掘进外轮廓线20 m位置；定向探放水钻孔终孔高度位于顶板上方25 m位置。

具体钻孔布置情况，如图4所示。

图4 定向长钻孔布置示意

3.2 短距离探放水钻孔

在5605运输巷迎头使用ZY-750D钻机，配合73 mm钻头、D63 mm×1 500 mm钻杆施工短距离探放钻孔。使用的ZY-750D钻机钻进压力、额定功率分别为25 MPa、22 kW，可满足现场探放水需要。

在5605运输巷迎头布置2排探放水钻孔，上排钻孔用以对顶板富水体进行探测、疏排；下排钻孔用以对6号煤层中的富水体进行探测、疏排。

上排探放水钻孔(1号～5号)仰斜17°，开孔距离巷道底板2.5 m、间距均为700 mm，终孔位于顶板上方20 m处，用以对顶板裂隙水进行探测及疏排；1号钻孔垂直迎头布置，2号、4号分别有10°偏移角，3号、5号分别有20°偏移角。

下排探放水钻孔(6号～8号)仰角均为0°，开孔位于底板上方1.5 m处，钻孔间距均为1 600 mm。6号钻孔垂直掘进迎头布置，7号及8号钻孔均有20°偏移角，具体钻孔布置如图5所示。施工的短距离探放钻孔孔深均为60 m，探测一次允许掘进40 m，预留20 m。

图5 短距离探放水钻孔

4 现场探放水效果分析

1) 在5605运输巷施工的长距离定向钻孔耗时3个月完成钻进，钻进完成后累计疏排顶板含水层裂隙水约1.25万m3，通过提前疏排降低5605运输巷掘进过程中顶板裂隙水水头压力，降低顶板大规模涌水威胁。

2) 在5605运输巷掘进过程中，每掘进40 m布置1组短距离探放水钻孔，对顶板裂隙水以及掘进前方煤体内积水进行疏排。施工的短距离探放水钻孔疏排水量共计5 360 m3，整体排水量较小，同时疏排水集中在巷道掘进650～900 m范围内。

3) 5605运输巷通过定向长钻孔、短距离探放水钻孔对顶板裂隙水进行疏排后，巷道掘进后仅650～760 m范围顶板有少量淋水，淋水量基本在0.3 m3/h以内，其余范围均未出现淋水。巷道支护体系锈蚀及顶板变形量较大问题也得以有效解决。

4 结 语

1) 5605运输巷掘进过程中顶板出现大量淋水的主要原因是巷道掘进进入到区域背斜轴部，顶板含水层中积水量较大，通过掘进裂隙以及顶板原有裂隙向掘进空间涌出，从而导致顶板支护体系严重锈蚀、围岩变形量较大。

2) 在5605运输巷内，综合使用定向长钻孔、短距离疏排水钻孔对巷道顶板上覆含水层积水进行疏排，通过定向长钻孔提前降低掘进工作面前方顶板含水层积水，从而减少含水层水头压力以及后续短距离疏排水钻孔疏排水压力；通过短距离疏排水钻孔进一步对围岩内积水进行疏排，可避免淋水给巷道掘进影响。

3) 现场应用后，5605运输巷顶板淋水问题基本得以解决，巷道掘进过程中仅局部位置顶板出现少量淋水，现场取得较好的探放水效果。