采掘巷道顶板探放水施工设计应用

李天亮

（山西高平科兴牛山煤业有限公司，山西 高平 048400）

0 引言

巷道在掘进过程中受邻近以及上覆采空区积水影响，造成巷道围岩稳定性差、巷道内积水量大，特别是当巷道掘进时巷道围岩出现裂隙带，上覆采空区积水在水压作用下扩展了裂隙带范围，形成积水通道，会造成透水事故[1-2]。本文以牛山煤矿15102 运输顺槽为研究背景，对巷道掘进期间采取合理有效的探放水设计，避免水害事故发生。

1 15102 运输顺槽概述

1.1 巷道四邻关系

15102 运输顺槽位于15 号煤一采区运输上山巷844～1 074 m 处北侧，开口方位角为0°；工作面北侧邻近矿区边界，东侧为实体煤，西侧为实体煤，南侧相邻一采区回风上山巷。

巷道设计长度1 179 m，所采煤层位于石炭系上统太原组，依据临近牛2 地质钻孔、牛1 地质钻孔、ZK103 综合分析，工作面平均煤厚4.3 m，该煤层结构简单，呈光亮型，夹镜煤条带，层理分明，部分煤层中间含星散状黄铁矿结核[3]。

1.2 水文地质情况

1.2.1 同煤层采空积水

根据《山西高平科兴牛山煤业有限公司采掘工程平面图》及已有资料显示[4]，15 号煤层存在苏庄采空区，位于井田东南部，距15102 工作面1 160 m，不在开采范围内，对15102 工作面回采无影响。

1.2.2 上覆采空区积水

根据《山西高平科兴牛山煤业有限公司水文地质类型报告》及15 号煤层充水性图等资料综合分析，15102 工作面上覆发现1 处9 号煤层采空积水异常区（J9-1），2 处物探异常区（3 号煤层采空区）及90106采空区内积水巷道。根据《煤矿防治水细则》相关规定，对15102 工作面进行回采前需对该区域采空积水及时进行疏放[5]。

2 探放水设备及钻孔布置

2.1 探放水设备

2.1.1 钻探设备

15102 运输顺槽探水钻孔采用ZDY4000L 型履带式全液压坑道钻机进行钻孔施工，配套长度为1.0 m、直径73 mm 的中空钻杆，直径为85 mm 的合金钢钻头及130 mm的扩孔钻头，钻机具体技术参数如表1 所示。

表1 ZDY4000L 型履带式全液压坑道钻机技术参数表

2.1.2 排水设备

现主排水泵房选用3 台MD280-43×7 型矿用耐磨离心式水泵（额定流量280 m3/h，扬程301 m），配套功率400 kW、电压1 140 V 的矿用防爆电机。排水管选用2 趟Φ245 mm×8 mm 型无缝钢管。

2.2 探水钻孔布置

1）钻孔布置：原则上每100 m 布置探水孔1 个（钻孔终孔位置均探至3 号、9 号煤层顶板或老空），本次顶板探放水首先在工作面低洼处疏放9 号采空积水，其次疏放3 号采空积水。

2）15102 运输顺槽布置：共布置6 个钻孔（具体位置为50 m、250 m、450 m、650 m、850 m、1 050 m），其中50 m、250 m、450 m 处探至9 号煤层采空区，其余钻孔均探至3 号煤层顶板，具体布置参数如表2 所示。

表2 15102 运输顺槽顶板探水钻孔布置参数表

3）钻孔施工技术要求：探顶眼垂直距离取3—15号煤层的平均厚度，约为100 m，9—15 号煤层的平均厚度约为43 m，以此作为参考。钻孔倾角按照设计角度选取，结合钻场实际位置，实际钻孔倾角允许浮动±5°，实际钻孔方位角允许浮动±10°，终孔位置均探至3 号煤层或9 号煤层。

3 探放水施工工艺

3.1 钻孔施工

选择顶板完好、底板平整的地点，把ZDY4000L型履带式全液压坑道钻机和ZDY-3200SWL 型履带式全液压坑道钻机安装好，用4 根单体柱进行固定，将钻机调整为设计角度。

钻孔施工时先采用直径83 mm 的钻头进行导向钻孔施工，导向钻孔按设计角度施工，深度达15 m 后停止钻进，然后更换直径为130 mm 的扩孔钻头进行扩孔施工，扩孔到位后安装孔口管。

3.2 孔口管安装

3.2.1 安装工艺

由于3 号煤层与15 号煤层垂深约100 m，9 号煤层与15 号煤层垂深约43 m，最大垂深为100 m，取水头压力为1 MPa，采用Φ100 mm 孔口管总长度为15 m。

首先将孔口管由管身向法兰盘侧均匀缠麻，起到最大摩擦效果；把孔口管放入孔口，升起钻机，利用钻机缓慢推入，直至孔口管上的托盘紧贴顶板。

孔口管安装后采用“两堵一注”封孔工艺，首先在封孔段前后安装环形封孔器，使封孔段形成一个环形封堵空间[6]，如图1 所示，在封堵空间内安装注浆软管，注浆软管与专用注浆泵连接，最后进行高压注浆施工，注浆液采用聚氨酯黏合剂，注浆压力为2.0 MPa。

图1 探水钻孔“两堵一注”封孔平面示意图（未标单位：mm）

3.2.2 安装注意事项

1）安装前，现场负责人必须对作业现场进行安全确认，排查现场的安全隐患情况，不安全不作业；检查各项作业条件是否准备充分，发现任何一项不到位或不符合要求的作业条件，禁止作业；必须将工具、材料准备到位，同时作业人员必须全部到位后，方可开始作业。

2）如需进行登高作业时，搭建平台或使用脚手架时都必须保证平稳牢靠，并且要满足高度要求。所有登高作业人员每人都必须佩戴1 条安全带，并要做到“高挂低用”，吊挂安全带时要选择安全牢固且能够承受人员身体重量的地方。

3）安装时，作业人员不得少于6 人，要做到分工明确，1 人指挥和操作钻机，2 人撬牢孔内的止水套管，2 人接管，1 人辅助，各司其职，同时又要强调相互配合，互相提示。

4）用撬棍固定孔内的止水套管时，2 人必须同时用力撬牢，并要互相提醒对方；需要松开时2 人禁止同时松开，先1 人松开后另1 人再松开。

5）注意人员站位，由于每个钻孔的倾角不一，在每次安装时，现场负责人要勤于观察，及时提醒人员禁止站在或将手脚等身体部位置于止水套管可能窜落的下方。

6）用钻机往孔内推进止水套管时，司机操作要缓慢，保持精力集中，时刻观察推进情况，发现有异常立即停止推进，查清原因并处理好后方可继续推进，禁止野蛮推进导致套管脱落后窜出孔外。

7）止水套管前端必须超出K2 灰岩进入泥岩层，具体的安装长度结合施工点已探明的K2 灰岩层垂高厚度与钻孔倾角计算得出。采用封孔注浆料在套管外壁注浆固结的方法，凝固8 h 后，安装4 寸闸阀进行注水耐压试验，压力达到1.5 MPa、稳压30 min 以上、止水套管不漏水且不松动视为合格，对不合格的止水套管重新扩孔注浆并试验，合格后方可进行正常钻探至设计孔深。

3.3 耐压试验

1）由于积水区水压值为1.0 MPa，所以封孔完成后使用BQ-50/6 型气动注浆泵进行高压注水试验，泵最高耐压1.5 MPa，设计用压1.5 MPa，能满足1.0 MPa要求，可以进行耐压试验。

2）BQ-50/6 型气动注浆泵压力表显示1.5 MPa，孔口管周围无渗水，说明孔口管安装成功，可以对顶板进行探放水。如压力达不到1.5 MPa 或有渗水，说明孔口管安装不成功，要在渗水处进行堵漏或局部补充注浆进行加固。压力不够和渗水严重时，需要重新安装孔口管。

3）孔口管安装完成后，采用导向钻头继续施工导向钻孔，直至钻孔延伸至积水区，在放水前需对孔口管外露端依次安装法兰、阀门、压力表、排水管，在放水过程中若水压相对较大时应安装卸压装置。

4 结语

截至2021 年10 月14 日，15102 运输顺槽已掘进到位，通过对巷道顶板采取探放水施工后，巷道在后期掘进过程中未出现顶板大面积淋水现象，通过现场观察发现，钻孔共计放水量为12 142 m3，巷道在后期掘进过程中顶板最大淋水量为1.6 m3/h，大大提高了顶板稳定性，有效防止了因顶板淋水造成顶板软化，致使出现顶板支护失效现象，基本消除了上覆采空区积水隐患，保证了巷道安全快速掘进。