席健

【摘 要】 本文針對(duì)裂隙砂巖頂板掘進(jìn)巷道滲水量較大的問題，進(jìn)行了探放水設(shè)計(jì)及防治措施。以山西某礦2號(hào)煤層?xùn)|翼開拓巷道為例，對(duì)出水情況進(jìn)行分析，研究表明：1.出水通道主要為2號(hào)煤層裂隙及巷道掘進(jìn)引起的塑性區(qū);2.根據(jù)巷道出水特征，提出以長(zhǎng)鉆孔探測(cè)、短鉆孔疏排為核心的防治水技術(shù)，并對(duì)長(zhǎng)距離探放鉆孔、短距離疏排水鉆孔進(jìn)行設(shè)計(jì)。采取防治水措施后，東翼開拓巷道掘進(jìn)迎頭出水量控制在15m3/h以內(nèi)，確保了巷道掘進(jìn)安全，并在一定程度上提升了巷道掘進(jìn)效率。

【關(guān)鍵詞】 巷道掘進(jìn);含水層;出水通道;探放水;疏排水

【中圖分類號(hào)】 TD745 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 2096-4102（2020）02-0031-03

水害是制約礦井生產(chǎn)安全的不利因素，現(xiàn)階段水害防治技術(shù)有疏、堵兩種形式，前者主要通過注漿進(jìn)行，后者則主要是通過鉆孔實(shí)現(xiàn)。由于煤炭賦存條件差異，不同區(qū)域采取的水害治理措施應(yīng)根據(jù)礦井所處環(huán)境有針對(duì)性開展。

1工程概況

山西某礦主要開采2號(hào)煤層，煤層厚度1.8～3.6m（平均2.09m），埋藏深度平均380m，頂板以粉砂、細(xì)砂巖為主，底板以粉砂巖為主。具體頂?shù)装鍘r性見圖1。

礦井在東翼掘進(jìn)2號(hào)煤層運(yùn)輸大巷、回風(fēng)巷以及輔助運(yùn)輸巷大巷過程中，隨著向東掘進(jìn)延伸距離的增加，巷道內(nèi)涌水量呈現(xiàn)出逐漸增加趨勢(shì)。輔助運(yùn)輸巷掘進(jìn)至430m位置處，掘進(jìn)迎頭實(shí)測(cè)涌水量最大為130m3/h，隨著巷道不斷掘進(jìn)，出水量保持在60m3/h且具有一定的出水壓力。由于巷道掘進(jìn)涌水量較大，若繼續(xù)掘進(jìn)則存在一定的隱患。

在2號(hào)煤層西翼巷道掘進(jìn)涌水量處于低位，一般在15m3/h以內(nèi);東翼巷道不斷延伸，出水量呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，出水主要來自于2號(hào)煤層本身及頂板;底板在巷道掘進(jìn)過程中無出水點(diǎn)。

在東翼掘進(jìn)的運(yùn)輸大巷、回風(fēng)巷以及輔助運(yùn)輸巷內(nèi)涌水有以下特點(diǎn)：在北側(cè)的輔助運(yùn)輸巷出水量>南側(cè)東翼回風(fēng)大巷出水量>中間運(yùn)輸大巷出水量。同時(shí)由于巷道間的掘進(jìn)速度存在差異，超前掘進(jìn)巷道出水量顯著大于滯后巷道掘進(jìn)涌水量。依據(jù)礦井掘進(jìn)巷道出水量分析，2號(hào)煤層整體東翼富水性較強(qiáng)，在東翼北側(cè)煤層富水性高于南側(cè)。

2掘進(jìn)巷道出水條件分析

巷道出水條件與巷道圍巖、出水通道、出水水源以及礦井生產(chǎn)情況密切相關(guān)。為掌握巷道出水條件，首先應(yīng)分析巷道掘進(jìn)對(duì)圍巖造成的影響，并結(jié)合礦井實(shí)際生產(chǎn)條件，分析具體的出水水源以及出水通道，從而為后續(xù)的防治水措施制定提供一定參考依據(jù)。

2.1巷道掘進(jìn)圍巖塑性區(qū)

在巷道掘進(jìn)開挖影響下，圍巖會(huì)有一定程度應(yīng)力集中，從而有一定范圍的塑性區(qū)產(chǎn)生，在塑性區(qū)范圍內(nèi)裂隙較為發(fā)育，是良好的出水通道。礦井東翼輔助運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)寬、高分別為5.4m、4.25m，巷道沿著2號(hào)煤層底板掘進(jìn)，采用數(shù)值模擬軟件分析得出的巷道掘進(jìn)后圍巖塑性區(qū)分布范圍見圖2。

2.2巷道出水因素分析

2.2.1出水水源

地表水以及大氣降水是2號(hào)煤層?xùn)|翼掘進(jìn)巷道出水的間接出水水源。

根據(jù)東翼輔助運(yùn)輸巷迎頭出水點(diǎn)并結(jié)合掘進(jìn)巷道引起的塑性區(qū)分布范圍分析，2號(hào)煤層內(nèi)部裂隙較為發(fā)育，在煤層裂隙內(nèi)有出水甚至噴水現(xiàn)象，部分裂隙被方解石以及黃鐵礦等物質(zhì)填充，說明2號(hào)煤層在沉積發(fā)育過程中形成有大量伴生裂隙，這些裂隙是天然的儲(chǔ)水空間，加之煤層頂板砂巖中裂隙較為發(fā)育，造成煤層與上覆砂巖含水層直接聯(lián)通，上覆砂巖含水層水沿著裂隙在重力作用下涌入到煤層裂隙中。因此巷道掘進(jìn)出水的直接水源為2號(hào)煤層裂隙水及砂巖裂隙水。具體現(xiàn)場(chǎng)采集到的2號(hào)煤層頂板砂巖見圖3。

2.2.2出水通道

巷道掘進(jìn)過程中引起的塑性區(qū)、局部存在的斷層裂隙、煤層原始伴生裂隙以及封閉不良地質(zhì)鉆孔等均為巷道出水通道。

綜合上述分析，礦井東翼2號(hào)煤層掘進(jìn)的巷道出水直接來源于2號(hào)煤層本身的裂隙水、頂板砂裂隙水，大氣降水、地表水等均為間接水源;出水通道主要為2號(hào)煤層本身裂隙、巷道掘進(jìn)引起的塑性區(qū)，其次為局部地質(zhì)構(gòu)造以及封閉不良地質(zhì)鉆孔。

3掘進(jìn)巷道探放水設(shè)計(jì)

3.1探放水方式

礦井東翼3條開拓巷道掘進(jìn)沿2號(hào)煤層底板掘進(jìn)，均為半煤巖矩形巷道，根據(jù)上述分析得知，2號(hào)煤層本身為頂板砂巖，含水層為間接充水水源。煤層出水已經(jīng)對(duì)巷道安全掘進(jìn)帶來不利影響，為了改善巷道掘進(jìn)環(huán)境，確保巷道掘進(jìn)安全，需要超前對(duì)2號(hào)煤層裂隙水進(jìn)行疏排。

巷道探放水工作開展按照長(zhǎng)鉆孔探測(cè)、短鉆孔疏排開展，具體是采用長(zhǎng)距離鉆孔對(duì)富水區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，利用短鉆孔進(jìn)行疏排。

為了提高探放水鉆孔施工效率，降低探放水工作對(duì)掘進(jìn)造成的影響，并依據(jù)2號(hào)煤層水壓情況，采用長(zhǎng)距離鉆孔（鉆進(jìn)長(zhǎng)度500～700m）進(jìn)行探測(cè)。

3.2探測(cè)鉆孔參數(shù)

3.2.1施工參數(shù)

在進(jìn)行探放水時(shí)，為了確保巷道掘進(jìn)安全，需要有一定的超前探測(cè)距離，超前探測(cè)距離與水壓、煤體強(qiáng)度以及煤層厚度等相關(guān)，根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》中推薦公式，超前探測(cè)距離可以采用下述公式計(jì)算：

其中：L表示超前探測(cè)距離（應(yīng)在20m以上）;K表示安全系數(shù)（取值3）;M表示煤層厚度（取值2.09m）;p表示水頭壓力（取值3.21MPa）;kp表示煤體抗壓拉強(qiáng)度（取值0.401MPa）。

計(jì)算得出L=17.59m。根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》有關(guān)內(nèi)容，最終設(shè)計(jì)的超前探測(cè)距離為30m，巷幫兩側(cè)探測(cè)距離為20m。

3.2.2允許掘進(jìn)距離

巷道允許掘進(jìn)距離根據(jù)探超前探放距離以及放水鉆孔終孔位置決定。在滿足《煤礦防治水細(xì)則》有關(guān)規(guī)定基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井2號(hào)煤層?xùn)|翼掘進(jìn)巷道出水情況，超長(zhǎng)探測(cè)鉆孔距離為530m，巷道允許掘進(jìn)距離為500m，保留安全距離為30m;短距離疏排鉆孔長(zhǎng)度為130m，允許掘進(jìn)距離為100m，保留安全距離為30m。

3.2.3鉆孔止水套管長(zhǎng)度

由于2號(hào)煤層內(nèi)水頭壓力在3.1MPa>3MPa，依據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》規(guī)定，長(zhǎng)距離探放水鉆孔及短距離疏排水鉆孔止水套管長(zhǎng)度均選取25m。

3.2.4鉆孔終孔間距及孔徑

鉆孔終孔間距指的是在允許掘進(jìn)距離范圍內(nèi)的探放水鉆孔最大間距，由于礦井采用長(zhǎng)距離、短距離鉆孔相結(jié)合方式，因此，長(zhǎng)距離探放水鉆孔終孔間距控制在20m，且應(yīng)控制巷幫兩側(cè)各20m范圍;短距離探放水鉆孔根據(jù)涌水情況靈活布置，終孔間距為15m。

長(zhǎng)距離探放水鉆孔孔徑為96mm，短距離疏排水鉆孔孔徑為75mm。

3.3長(zhǎng)距離探放水鉆孔設(shè)計(jì)

為了確保東翼三條開拓巷道可以正常掘進(jìn)，并降低由于鉆孔鉆進(jìn)施工及鉆孔對(duì)正常掘進(jìn)影響，在探放水鉆孔鉆場(chǎng)退后掘進(jìn)迎頭15m處開設(shè)鉆場(chǎng)（長(zhǎng)、寬、高分別為8.0m、6.0m、3.5m），具體鉆場(chǎng)示意圖見圖4。

鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔開孔位置高于2號(hào)煤層底板0.8～1.2m，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置一個(gè)長(zhǎng)距離探放水鉆孔，探測(cè)距離控制在530m，允許巷道掘進(jìn)距離為500m。由于運(yùn)輸大巷位于輔助運(yùn)輸巷及回風(fēng)大巷間，屬于兩條掘進(jìn)巷道疏排水鉆孔交叉影響范圍內(nèi)，因此不再單獨(dú)布置長(zhǎng)距離探放水鉆孔，探放水鉆孔布置示意圖見圖5。

2號(hào)煤層硬度在1.5～2.0，煤層較為堅(jiān)硬，為了確保長(zhǎng)距離探放水鉆孔成孔質(zhì)量，鉆孔開孔孔徑選擇165mm，待鉆進(jìn)26m后下放壁厚5mm、直徑127mm、長(zhǎng)25m止水套管，隨后鉆孔以96mm孔徑鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)位置，具體封孔裝置見圖6，長(zhǎng)距離探放水鉆孔施工參數(shù)見表1。

3.4短距離疏排水鉆孔

鉆孔鉆進(jìn)時(shí)開孔孔徑為127mm，待鉆進(jìn)至26m位置時(shí)下方放直徑108mm、長(zhǎng)度25mm止水管，隨后更換75mm鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)位置。在疏排水鉆孔施工過程中應(yīng)按照規(guī)定安裝防突水裝置。

4總結(jié)

本文對(duì)礦井東翼開拓巷道掘進(jìn)期間出水進(jìn)行分析，巷道出水直接來源于2號(hào)煤層裂隙水及上覆砂巖裂隙水，大氣降水、地表水等為間接水源;出水通道主要為2號(hào)煤層本身裂隙、巷道掘進(jìn)引起的塑性區(qū)，其次為局部地質(zhì)構(gòu)造以及封閉不良地質(zhì)鉆孔。

根據(jù)掘進(jìn)巷道出水特征，掘進(jìn)巷道探放水工作開展按照長(zhǎng)鉆孔探測(cè)、短鉆孔疏排開展，具體是采用長(zhǎng)距離鉆孔對(duì)富水區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，利用短鉆孔進(jìn)行疏排。并具體對(duì)長(zhǎng)距離探放鉆孔、短距離疏排水鉆孔進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在掘進(jìn)巷道采取防治水措施后，不僅未降低巷道掘進(jìn)效率，而且在一定程度上提升巷道掘進(jìn)效率，確保了巷道掘進(jìn)安全。

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