小窑破坏区探放水施工设计及应用

吕鹏鹏

（晋能控股煤业集团四侯煤矿，山西 晋城 048108）

1 3203 回风顺槽概述

晋能控股煤业集团四侯煤矿3203 回风顺槽掘进工作面位于矿井二采区，沿煤层底板由北向南施工，巷道底板标高+749～+762 m。工作面开口点（北侧）连接二采区运输巷，东侧为3203 综采放顶煤设计工作面，西侧为3202 进风顺槽，南侧为原泽成小窑破坏区。

3203 回风顺槽设计长度为685 m，断面规格为宽×高=5.0 m×2.8 m，巷道掘进煤层为3 号煤层，煤层平均厚度为4.8 m，平均倾角为3°，煤层顶底板岩性如表1 所示。

表1 3 号煤层顶底板岩性汇总表

根据相邻工作面实际揭露资料及区域内勘察资料分析，3203 回风顺槽掘进工作面为单斜构造，倾角约2°～13°，地质构造中等。巷道掘进至246～360 m 段为小窑破坏区，探测到小窑破坏区超前10 m，回缩东帮1.5 m，实体煤段为矩形断面，净宽3.5 m，净高2.8 m；遇小窑破坏区采用梯形断面，顶净宽3.1 m、底净宽3.9 m，净高2.8 m。为了保证巷道安全快速掘进，避免巷道掘进期间出现透水事故，决定对巷道在过小窑破坏区前进行超前钻探，并对巷道过小窑区采取联合支护技术。

2 小窑区超前钻探技术

2.1 探水设备型号

2.1.1 钻机型号参数

3203 回风顺槽采用ZDY-1900 型全液压坑道钻机进行探水钻孔施工，钻机为全液压动力头式结构，主要由主机、泵站、操作台三大部分组成，该钻机具有解体性好、拆迁方便、摆布灵活等优点，且回转器为通孔结构，钻杆长度不受钻机结构尺寸的限制。该钻机具体技术参数如表2 所示。

表2 ZDY-1900 型全液压坑道钻机技术参数表

2.1.2 封孔设备

主要采用FKJW-173/2.0 两堵一注封孔器，封孔器封孔长度为0.5 m。此外还包含高压注水泵，长度为3.0 m、直径为108 mm 的孔口管若干根以及直径为130 mm 的合金钢扩孔钻头等构件。

2.2 钻孔布置

通过水文地质资料发现：巷道掘进至246～360 m段时进入小窑区，小窑区位于巷道进向左侧，距巷道中心21 m。所以当巷道掘进至180 m 处时，对巷道迎头布置3 个探水钻孔，钻孔编号为1 号、2 号、3 号，所有钻孔仰俯角为0°，钻孔深度为100 m，钻孔直径为75 mm，其中钻孔布置在距顶板1.0 m 处迎头煤壁上，钻孔布置间距为1.0 m。其中1 号钻孔距巷道左帮间距为0.5 m，1 号钻孔水平角为30°，2 号钻孔水平角为15°，3 号钻孔水平角为0°，具体如图1 所示。

图1 3203 回风顺槽探水钻孔布置示意图（mm）

2.3 钻孔封孔工艺

1）由于小窑区位于巷道进向左侧，巷道在掘进过程中，煤体会受应力影响，出现破碎现象，通过钻孔实测，钻孔在前12 m 范围内煤体破碎严重，局部出现塌孔现象，12 m 后钻孔成孔率高，钻孔壁岩体稳定，所以决定对钻孔前12 m 范围内进行封孔处理。

2）首先对钻孔前12 m 段进行扩孔处理，扩孔采用直径为130 mm 的合金钢钻头进行施工，扩孔到位后及时对钻孔内煤泥进行清理。

3）钻孔扩孔到位后，向钻孔内安装孔口管，共计安装4 根，孔口管之间采用丝扣进行固定连接，在孔口管顶端及底端安装1 个环形封孔器，然后将封孔器注水管与高压水泵连接，对封孔器注水打压，当封孔器完全膨胀且封堵孔口后，停止注水打压。

4）封孔器安装后，对两个封孔器之间的环形封堵空间进行注浆施工，注浆液采用水玻璃与水泥混合浆液，注浆压力控制在1.5 MPa 范围内。

3 小窑破坏区联合支护技术

由于3203 回风顺槽掘进至246 m 处进入小窑破坏区，两巷之间间距为21 m，受应力影响，巷道在246～360 m 段围岩破碎严重，预紧顶板及巷帮出现严重破碎现象。因此需对该区域进行加强支护。

3.1 注浆加固

3203 回风顺槽掘进至240 m 处时，开始对巷道进行注浆加固，注浆加固区主要为巷道进向左侧煤壁与顶板之间三角煤柱区域。

1）采用手持式钻机对巷道施工注浆钻孔，巷道迎头共计施工3 个注浆钻孔，钻孔编号为1 号、2号、3 号，其中1 号、2 号钻孔为帮孔，3 号为顶孔，钻孔深度为5.0 m，直径为45 mm。

2）1 号钻孔施工在距顶板1.5 m、距左帮0.5 m处，钻孔仰角为0°，向左偏角为30°；2 号钻孔施工在距顶板0.8 m 处，钻孔仰角为45°，向左偏角为30°；3 号钻孔施工在距顶板0.5 m、距左手帮1.0 m处，钻孔仰角及水平角为0°。

3）所有钻孔施工完后，对钻孔内安装注浆软管，注浆软管与注浆泵进行连接，然后进行注浆施工，马丽散与催化剂以1∶1 的质量配比混合注浆，注浆压力为2.0 MPa。

3.2 梯形棚施工

由于3203 回风顺槽掘进至小窑破坏区后，巷道变为梯形，巷道上断面宽度为3.5 m，下断面宽度为4.0 m，巷道宽度为2.8 m，所以决定对巷道小窑破坏区架设密集梯形钢棚支护。

梯形棚主要采用工字钢以及U29 型钢焊制而成，顶梁为11 号工字钢梁，顶梁长度为2.8 m，宽度为0.11 m，顶梁两端各安装1 个卡缆固定孔；棚腿长度为3.2 m，棚腿采用U29 型钢焊制而成，棚腿与顶梁之间采用卡缆进行固定。为了提高钢棚安装稳定性，决定对钢棚棚腿安装底座，底座采用长度及宽度均为0.5 m 的钢板焊制而成。

梯形钢棚安装时先安装棚腿，棚腿安装在稳定底板上，棚腿安装后采用螺母将棚腿进行固定，最后安装顶梁，梯形棚安装间距为1.0 m，梯形棚安装到位后，必须保证顶梁与顶板接触严实。具体联合支护技术情况如图2 所示。

图2 3205 回风顺槽过小窑破坏区联合支护技术（mm）

4 结语

巷道掘进期间，必须对四邻水害进行排除，只有这样才能保证巷道安全快速掘进。四侯煤矿对3203回风顺槽过小窑破坏区时，采取了合理有效的探放水措施，从实际应用效果来看，巷道施工探水钻孔共计放水1 244 m3，巷道在后期掘进过程中未出现淋水现象；对巷道过小窑破坏区期间采取联合支护技术后，巷道在后期掘进过程中未出现煤壁片帮、顶板破碎现象，有效保证巷道安全快速掘进，取得了显著应用成效。