郝 樂

（霍州煤電集團有限責(zé)任公司團柏煤礦，山西 臨汾 031400）

1 工作面概述

團柏煤礦301掘進工作面位于下組煤三采區(qū)左翼，西臨井田邊界保安煤柱，南、北為實體煤層，東為三采區(qū)軌道巷。地面標高+730～ +735 m，工作面標高為+410～ +420 m，蓋山厚度為422～430 m，巷道設(shè)計長度為695 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.4×2.5 m。

301掘進工作面水文條件相對復(fù)雜，工作面上覆巖層為K2灰?guī)r含水層，為石炭系裂隙水的主要含水層，距巷道頂板間距為5.0 m。由于K2石灰?guī)r溶蝕裂隙發(fā)育，充水源主要來自大氣降水及地表水。該含水層是掘進工作面直接充水的主要來源。根據(jù)301巷前期掘進施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，在巷道掘進至320 m處頂板出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，預(yù)計隨著巷道掘進延伸，頂板壓力加大，上覆巖層積水會沿著頂板薄弱地帶直接涌入巷道內(nèi)發(fā)生水害事故。

2 煤礦探放水施工主要存在的問題

（1）探放水設(shè)計不合理。由于對探放水施工重要性重視力度不夠，團柏煤礦巷道在掘進期間未嚴格進行探放水施工，經(jīng)常出現(xiàn)鉆孔深度及數(shù)量不足、鉆孔布置不合理等現(xiàn)象，探放水施工無法起到預(yù)期施工效果，威脅巷道掘進安全。

（2）鉆孔封孔效果差。由于團柏煤礦回采煤層為1#、2#石炭系煤層，煤層發(fā)育不穩(wěn)定，探水鉆孔在施工期間受擾動影響，孔口往里15 m范圍內(nèi)依次形成卸壓區(qū)及原巖應(yīng)力區(qū)，在卸壓區(qū)內(nèi)鉆孔徑向煤體裂隙發(fā)育，而團柏煤礦傳統(tǒng)封孔長度為8.0 m，未完全處于原巖應(yīng)力區(qū)，放水時水體在壓力作用下會沿孔口管以里煤體滲出，同時采用膨脹水泥進行封孔時無法對深部裂隙進行填堵，封孔效果差，經(jīng)常出現(xiàn)孔口管竄動、透水事故。

（3）安全措施不到位。團柏煤礦掘進巷道探放水施工期間，僅在工作面迎頭支設(shè)一排木柱對煤體進行維護，但是在實際探放水使用期間，由于煤體相對破碎，受鉆孔施工擾動及水壓影響，放水時工作面煤體出現(xiàn)局部片幫現(xiàn)象，致使頂板空頂面積大，導(dǎo)致放水期間經(jīng)常發(fā)生頂板垮落事故。

3 301工作面探水鉆孔布置設(shè)計

3.1 鉆探設(shè)備選擇

301工作面掘進期間超前探測時，采用型號為ZY-750D煤礦用全液壓鉆機進行鉆孔，具體參數(shù)如表1所示。

表1 ZY-750D煤礦用全液壓鉆機及配套設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

3.2 鉆孔布置方式

（1）鉆孔布置要求。301巷沿煤層底板平行掘進，工作面鉆孔呈扇形布置，為了防止施工巷道兩幫及前方存在水患，工作面布置兩排探放水孔，上排探放頂板積水，下排探放巷道四周積水。鉆孔水平深度為100 m，采用探測100 m，掘進30 m，循環(huán)往復(fù)進行，超前探測期間幫距為20 m。

（2）鉆孔布置參數(shù)。301掘進工作面共布置兩排（六個）探測鉆孔，其中1#孔為正中孔，2#、3#孔為幫孔，4#～6#為頂板探測孔，具體參數(shù)如表2所示。兩排鉆孔排距為0.5 m，間距為1.0 m，鉆孔呈扇形布置，如圖1所示。

表2 301工作面探測鉆孔參數(shù)表

圖1 團柏煤礦301工作面超前探測鉆孔平、剖面示意圖

4 封孔工藝

為了提高探水鉆孔封孔質(zhì)量，合理確定封孔長度，團柏煤礦水害防控工程技術(shù)中心決定采用實驗鉆孔煤屑量法確定封孔長度，并采用兩堵一注法進行封孔。

4.1 封孔長度確定

（1）鉆孔煤屑量法原理：由于卸壓區(qū)內(nèi)壓力大、煤體松散，鉆孔鉆進期間鉆孔內(nèi)煤屑量會加大，而在原巖應(yīng)力區(qū)煤體應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，鉆孔鉆進時壓力小，產(chǎn)生的煤屑量相對較少；所以根據(jù)鉆孔產(chǎn)生煤屑量多少判斷應(yīng)力區(qū)，從而確定鉆孔封孔長度。

（2）實驗鉆孔施工方法及封孔長度確定：在距工作面頂板1.5 m處均勻布置三個實驗鉆孔，鉆孔長度為25 m，直徑為75 mm，鉆孔仰角為5°；通過對三個實驗鉆孔現(xiàn)場鉆進觀察發(fā)現(xiàn)，在鉆孔0～6 m范圍內(nèi)鉆屑量注漿增加，在7～11 m范圍內(nèi)鉆屑量逐漸降低，在11～25 m范圍內(nèi)鉆屑量趨于穩(wěn)定，其中在6 m處鉆屑量達到最大值，由此可以確定在鉆孔0～11 m范圍內(nèi)為卸壓區(qū)，在12 m后為原巖應(yīng)力區(qū)，所以最終確定301巷封孔長度為12 m。

4.2 “兩堵一注”法封孔工藝

（1）首先采用直徑為75 mm鉆頭進行開口，開口深度為12 m，開孔到位后采用直徑為130 mm鉆頭進行擴孔，擴孔后保證鉆孔直徑為130 mm。

（2）鉆孔擴孔后安裝兩根無縫封孔套管，每根套管長度為6.0 m，兩根套管采用絲扣式連接，孔口管安裝后在距孔底部1.0 m，以及孔口1.0 m安裝封口器（長度為0.5 m），并采用注漿泵向擴孔底部及孔口處注射膨脹水泥，長度為0.5 m，如圖2所示。

我國目前有高等學(xué)校2000余所，各高等學(xué)校讀者取用圖書館藏書及閱覽的現(xiàn)狀，主要有以下兩種傳統(tǒng)的方式——在館內(nèi)閱覽室閱讀和借閱(可以將圖書文獻帶出圖書館外閱讀)。紙質(zhì)圖書的主要流通方式是按照各自規(guī)定的管理辦法，借閱為主。

（3）膨脹水泥穩(wěn)固后繼續(xù)采用高壓注漿泵向鉆孔中部高壓注射聚氨酯漿液，注射壓力不得低于1.0 MPa，單孔注漿時間不得低于10 min。

（4）鉆孔封孔2 h后進行注水耐壓試驗，注水壓力不得低于2.0 MPa，單孔注水耐壓試驗時間不得低于20 min，耐壓試驗期間未發(fā)現(xiàn)煤體滲水以及孔口管竄動現(xiàn)象時判定為鉆孔封孔質(zhì)量合格。

圖2 301工作面探水鉆孔“兩堵一注”法封孔工藝示意圖（單位：mm）

5 安全技術(shù)措施

5.1 放水期間煤壁及頂板維護安全技術(shù)措施

為了防止鉆孔放水期間發(fā)生煤壁片幫，頂板垮落事故，團柏煤礦水害防控工程技術(shù)中心決定對鉆孔煤壁施工玻璃鋼帶及錨桿支護，對頂板施工撞楔超前玻璃錨桿支護。

（1）鉆孔施工完后在鉆孔周圍施工四根柔性玻璃鋼帶，鋼帶縱橫交錯且成“井”字型布置，橫向鋼帶長度為2.5 m，配套三根玻璃錨桿，錨桿間距為1.0 m；縱向鋼帶長度為1.5 m，配套兩根玻璃錨桿，錨桿間距為1.0 m；玻璃鋼帶寬度為0.15 m，玻璃錨桿長度為2.0 m，如圖3所示。

（2）在巷道頂板設(shè)計位置施工一排超前支護鉆孔，鉆孔深度為3.0 m，鉆孔垂直煤壁布置，鉆孔間距為0.5 m，共計施工8個鉆孔；鉆孔施工完后依次向鉆孔內(nèi)填裝錨固劑及加長玻璃鋼錨桿（長度為3.5 m），并采用手持式鉆機進行錨固。

（3）待煤壁及頂板加強支護施工完后，在煤壁前方0.5 m處支設(shè)一排密集木柱，并在巷幫處施工一個儲水池。

圖3 301工作面探放水期間煤壁及頂板聯(lián)合支護斷面圖（單位：mm）

5.2 探放水施工安全技術(shù)措施

（2）施工期間操作人員必須扶牢鉆機，控制好鉆機給進壓力及進尺速度，觀察泵壓力情況、鉆孔回水情況以及鉆桿鉆機情況，同時應(yīng)對鉆機運行情況進行觀察，發(fā)現(xiàn)異常及時停鉆處理。

（3）在鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)鉆機卡鉆、鉆桿彎曲時，必須立即松開鉆機離合器并撤退鉆機，對鉆頭進行檢查，發(fā)現(xiàn)鉆頭存在崩片或刃口磨損嚴重時必須立即更換鉆頭。

（4）在探放水施工過程中預(yù)計可能發(fā)生有害氣體涌出時，必須安排專職的瓦斯檢查員現(xiàn)場跟班。日常鉆探時，跟班隊長要攜帶便攜式瓦檢儀。

（5）當(dāng)煤層賦存情況發(fā)生變化時，在保證安全探測距離的條件下，應(yīng)根據(jù)煤層賦存條件及異常情況，及時調(diào)整探放水鉆孔布置，務(wù)必保證掘進巷道范圍的全覆蓋。

（6）鉆孔施工到位后發(fā)現(xiàn)有水流出時，應(yīng)進行放水實驗，放水過程中應(yīng)對水壓、水量及水流速度進行記錄，并計算積水區(qū)積水量。

（7）為了防止水壓過大造成孔口管損壞，必須確保孔口管各組件密封完好，若放水過程中發(fā)現(xiàn)水流、水壓很大時必須采用兩套安全閘門進行控水。

（8）施工巷道探放水期間必須布置安全有效的避災(zāi)路線，并在巷道周邊施工一個水倉以及配備相應(yīng)的排水設(shè)備。

6 應(yīng)用效果分析

（1）通過在工作面施工三個頂板探水孔、三個周邊及迎頭探水孔對巷道四周及頂板進行水害探測，消除了巷道掘進時受水害影響，避免了煤礦重大水害事故發(fā)生，保證了巷道安全快速掘進。

（2）301巷掘進期間共施工54個探水鉆孔，其中巷道掘進至320～610 m段工作面布置的9個頂板探水孔出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，單孔放水量達43 m3/h，共計放水量為2485 m3，主要為上覆巖層K2灰?guī)r含水層積水，其他45個探水孔為干孔，同時301巷在掘進期間未探測出工作面頂板及四周存在其他水害，如老空水、小窯水、斷層裂隙水等。

7 結(jié)語

霍州煤電集團有限責(zé)任公司團柏煤礦水害防控工程技術(shù)中心通過技術(shù)研究，對301巷掘進期間可能存在的水患進行分析，并采取了合理有效的超前探測設(shè)計及安全施工技術(shù)措施。實踐證明301巷采取超前探放水施工后，保證了巷道安全快速掘進，避免了巷道盲目掘進造成水害事故發(fā)生，取得了顯著成效。