16108运输顺槽掘进巷道超前钻探优化实践

钟 强

（山东省煤田地质局第一勘探队，山东 青岛 266000）

1 工程概况

滕州市东大矿业有限责任公司16108运输顺槽位于井田南部的161采区，北以25-10断层为界，东面和南部与休城煤矿为邻，西面为16106工作面采空区，主采16煤层。16108运输顺槽设计长度1550 m，矩形断面，净宽4.5 m，净高3.2 m，沿16煤层底板掘进。可采范围煤层平均厚0.69 m，煤层平均倾角3°。煤层基本顶为9.90 m的细粉砂岩，直接顶为6.30 m的泥岩砂质或泥岩，伪底为0.30 m的泥岩，基本底为2.81 m的八灰岩。巷道采用综合机械化掘进工艺，截至目前巷道已掘进380 m。

分析16108工作面充水水源和充水通道可知，16煤层回采后可导通至12下煤层采空区，主要充水因素太原组五～七层石灰岩岩溶裂隙含水层、12下煤层采空区。为保障16108运输顺槽安全快速掘进，防止水害事故的发生，巷道掘进前期采用探放水施工，并提出若干项安全技术措施[1-6]。但16108运输顺槽掘进前期探放水效果不佳，巷道顶板仍有淋水现象发生，巷道掘进效率不高，同时软化了顶板岩体，降低顶板支护质量，安全隐患严重。

2 前期探放水设计及施工问题分析

（1）探放水设计不合理。主要表现为探放水设计的钻孔数量、深度及布置有一定误差，终孔位置未完全深入上覆采空区积水最大标高位置，放水效果不理想。

（2）钻孔封孔工艺质量不合格。由于16108运输顺槽为石炭系16煤层，煤层发育不稳定，胶结稳定性差，相对松软，探放水施工过程受影响。地质报告显示，16108运输顺槽钻孔封孔长度仅为9 m，因封孔深度不够所以封孔段没有深入到坚硬岩层内，9 m的封孔终孔位置位于应力破坏区内，采用膨胀水泥进行封堵，封孔质量较差。

（3）临时支护措施不合理。前期探放水施工时，钻场的临时支护方式为支设木柱。该临时支护措施的不合理，导致了封孔效果不佳以及顶板垮落事故的发生。

3 探放水优化设计

3.1 钻探设备选择

16108运输顺槽钻探设备选用ZY-750D型液压钻机，配套直径63 mm、长度1500 mm的中空钻杆；配套75 mm/130 mm的导向/扩孔钻头；最大钻孔深度150 m；油泵型号 CBY3040/2006，压力25 MPa；电动机型号YBK2-180M-4，功率18.5 kW。

3.2 钻孔布置

（1）16108运输顺槽采用底板平行掘进，结合该巷道掘进的现场实际情况，探放水钻孔在水平面内呈现扇形布置。在16108运输顺槽上排和下排分别施工两排探放水孔，对积水进行探放。

（2）16108运输顺槽探水钻孔布置如图1。下排的1号、2号和3号探水孔均为迎头施工探水孔，上排的4号、5号和6号探水孔均为顶板探水孔。钻孔深度为100～102 m，钻孔直径为75 mm，顶板探水孔仰角12°，孔间距1.0 m，排距0.5 m。超前钻孔距离设置为30 m，允许掘进距离设置为70 m，钻孔对于巷道边缘的安全外围线距离设置为20 m。

图1 16108运输顺槽探水钻孔布置示意图（mm）

3.3 钻孔封孔工艺优化

膨胀水泥封孔质量较差，从而导致煤壁渗水、孔口管窜动、孔口涌水等问题。因此必须对原钻孔封孔工艺存在的问题进行针对性优化设计，多次试验后确定应用“两堵一注”封孔工艺。

（1）优化后确定封孔长度12 m，导向钻头施工14 m后，采用扩孔钻头施工13.5 m，扩孔后孔径130 mm。

（2）钻孔封孔如图2。钻孔扩孔完成后，安装4根长度为12 m的孔口管，在孔底及孔口处分别安装1个PKN型封孔器，孔口管和孔壁之间安装1根Ф16 mm的注浆软管，此时孔口管与孔壁形成一个环形封堵空间。

图2 16108运输顺槽探水钻孔封孔示意图（mm）

（3）采 用2zbq-6/4注 浆 泵 注 入XZFKL-I型封孔注浆料，注浆压力1.5 MPa，单孔注浆时间10 min，注浆3 h后对封孔段进行注水耐压试验，16108运输顺槽钻孔注水压力为2.0 MPa，注水稳定时间不得低于15 min，耐压试验合格后钻孔方可继续施工。

4 钻场煤壁支护措施

为有效提高钻场煤壁及巷道顶板的稳定性，对钻场煤壁及巷道顶板采用“玻璃钢带+锚杆”联合支护方案，如图3。

图3 16108运输顺槽钻场煤壁支护平面示意图（mm）

（1）在每个钻孔的四周分别施工4根柔性玻璃钢带，呈“井“字型布置。2根横向钢带长度2.5 m，宽度0.15 m，横向钢带采用玻璃钢锚杆固定；2根纵向钢带长度1.5 m，宽度0.15 m，采用玻璃钢锚杆固定。玻璃钢锚杆间距控制在1 m。

（2）探放水施工前，在钻场煤壁设计顶板位置施工一排共8个超前支护钻孔，支护钻孔的深度为3 m，直径为30 mm，孔间距为0.5 m，呈垂直布置。支护孔施工完毕后，安装玻璃钢锚杆，锚固剂锚固。

（3）在距离钻场煤壁1.0 m处支设一排5根单体柱，间距为1.0 m，并挖掘一处储水池。

5 效果分析

截至2021年6月1日， 16108运输顺槽已全部掘进到位。巷道掘进后期共计施工48个探放水钻孔，共计探放上覆12下煤层采空区积水4328 m3，平均水压为1.68 MPa。经验证，上覆12下煤层采空区积水已充分疏放，16108运输顺槽在掘进后期钻孔未出现窜动、煤壁渗水现象，钻场煤壁基本未发生跨落，巷道掘进速率提高至9.8 m/d。16108运输顺槽掘进巷道超前钻探优化，为实现东大矿高产高效安全的开采目标奠定了基础。