張洪強(qiáng) 崔 巖 劉恒明

（棗莊礦業(yè)集團(tuán)高莊煤業(yè)有限公司，山東 微山 277605）

1 工作面概況

3上502 工作面為高煤公司首個(gè)提高開采上限工作面，開采山西組第3上煤層，淺部靠近煤層露頭保護(hù)煤柱，深部為3上504 采空區(qū)。工作面總體為一單斜構(gòu)造，煤巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定，傾角10°～30°，平均19°。根據(jù)16-31、17-36、2003-1、2015-4、2015-5 鉆孔資料，3上煤層上部基巖依次為山西組砂巖、第四系松散層，基巖厚度兩端小中間大，厚度35～118.4m，平均76.7m，巖性以中、細(xì)粒砂巖為主，有時(shí)為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，泥、鈣質(zhì)膠結(jié)，裂隙稍發(fā)育，富水性中等強(qiáng)度。根據(jù)工作面涌水量預(yù)計(jì)，正常涌水量30m3/h，最大涌水量252m3/h。預(yù)計(jì)頂板水涌水量大，突水可能性大，對(duì)工作面開采構(gòu)成威脅。

2 工作面富水情況

根據(jù)工作面瞬變電磁物探情況，材料巷4#～5#導(dǎo)線點(diǎn)、5#點(diǎn)前72m～7#導(dǎo)線點(diǎn)、9#～15#導(dǎo)線點(diǎn)存在頂板富水異常區(qū)，視電阻率3～5。尤其是9#～15#頂板富水異常區(qū)面積大，與揭露構(gòu)造、現(xiàn)場(chǎng)淋水位置相吻合。見圖1、圖2。

圖1 材料巷頂板探測(cè)結(jié)果

圖2 材料巷頂板探測(cè)結(jié)果

3 探放水方案

為消除威脅，確保工作面開采不受突水影響，采用施工仰上鉆孔，一方面在工作面兩巷選擇合適位置對(duì)頂板砂巖水進(jìn)行探放，探測(cè)頂板富水情況和第四系底部含水層巖性和富水特征，另一方面利用仰上孔對(duì)頂板砂巖水進(jìn)行疏放，超前疏解頂板砂巖水威脅。

4 鉆孔設(shè)計(jì)及鉆機(jī)選型

（1）鉆場(chǎng)布置、鉆孔設(shè)計(jì)

根據(jù)探放水原則和“探放水地點(diǎn)要盡量接近富水性較強(qiáng)的頂板砂巖，并且便于施工”的原則，此次探放水在材料巷布置五個(gè)鉆場(chǎng)：① 5#點(diǎn)后5.2m處為1#鉆場(chǎng)；② 6#點(diǎn)前16.7m 處為2#鉆場(chǎng)；③ 11#點(diǎn)后20.5m 處為3#鉆場(chǎng)；④ 13#點(diǎn)處為4#鉆場(chǎng)；⑤ 20#點(diǎn)后55m 處為5#鉆場(chǎng)。每個(gè)鉆場(chǎng)布置1 個(gè)鉆孔，均為斜上孔，鉆孔參數(shù)見表1。

表1 鉆孔具體參數(shù)

鉆孔深度以進(jìn)入第四系垂直厚度10m 為準(zhǔn)。5個(gè)鉆孔結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)參數(shù)類似，用一個(gè)圖代替說(shuō)明，見圖3。

圖3 鉆孔剖面

施工順序：本次鉆探施工順序按5#、4#、3#、2#、1#鉆孔依次施工。單孔工藝流程為：擺鉆→固定鉆機(jī)→開孔→下套管→注漿→掃孔→打壓試驗(yàn)→變換鉆頭鉆進(jìn)至終孔→封孔。封孔要求：全孔封閉，材料用水泥或水泥-水玻璃雙液漿。

（2）鉆機(jī)設(shè)備

本次打鉆采用煤科院西安分院生產(chǎn)的ZDY1900S 型 鉆 機(jī)； 鉆 進(jìn) 深 度300m， 輸 出 扭矩1900N.m，輸出轉(zhuǎn)速85～300r/min，鉆桿直徑73/63.5mm，最大起拔力77kN，給進(jìn)力112kN，功率37kW，能夠滿足鉆探要求。

（3）止水套管

五個(gè)鉆場(chǎng)最低底板標(biāo)高-134.0m，第四系水位標(biāo)高+31.6m。取鉆孔出水最大水壓為1.65MPa。根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》第48 條 “巖層中探水鉆孔超前鉆距和止水套管長(zhǎng)度”的規(guī)定，5 個(gè)鉆孔的止水套管長(zhǎng)度分別取12m。

（4）鉆孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)鉆機(jī)性能和鉆探目的確定鉆孔結(jié)構(gòu)為：鉆孔開孔孔徑為Φ127mm，鉆進(jìn)13m，下108mm 套管12m 后，變孔徑為Φ75mm 鉆進(jìn)至終孔。

5 施工安全措施

（1）鉆機(jī)隊(duì)根據(jù)探放水設(shè)計(jì)編制施工安全技術(shù)措施，同本設(shè)計(jì)一并傳達(dá)、學(xué)習(xí)，每名鉆探工必須經(jīng)考試合格，持證上崗作業(yè)。

（2）開鉆前由地測(cè)科測(cè)量人員對(duì)設(shè)計(jì)鉆孔角度放線，確保準(zhǔn)確鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)位置。

（3）施工過(guò)程中要做到記錄清楚，孔深丈量準(zhǔn)確，堅(jiān)持每日上報(bào)地測(cè)科。

（4）鉆桿后面和機(jī)頭附近嚴(yán)禁站人。套管外壁要焊上鋼筋，防止水壓過(guò)大套管崩出。打壓實(shí)驗(yàn)壓力要達(dá)到2.5MPa，時(shí)間要持續(xù)0.5h 以上。

（5）由設(shè)計(jì)室設(shè)計(jì)水倉(cāng)尺寸，區(qū)隊(duì)按設(shè)計(jì)在鉆場(chǎng)內(nèi)施工水倉(cāng)，并形成兩臺(tái)排量30m3/h 泵及配套4 寸排水管。

（6）施工前必須設(shè)置鉆場(chǎng)與調(diào)度室的直通電話，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)向調(diào)度室匯報(bào)。

（7）打鉆過(guò)程中要密切注意觀察鉆場(chǎng)附近巷道的變化情況，如果鉆進(jìn)時(shí)發(fā)現(xiàn)煤巖層變軟、片幫來(lái)壓或鉆孔水壓、水量突然增大以及有頂鉆異常時(shí)，必須停止打鉆，但不得拔出鉆桿，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人要立即報(bào)告礦調(diào)度，及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。同時(shí)要通知受水害威脅地點(diǎn)人員撤至安全地點(diǎn)。

（8）在鉆進(jìn)中，嚴(yán)格執(zhí)行“三看”、“二聽”、“一及時(shí)”，仔細(xì)判斷孔內(nèi)情況?！叭础奔纯唇o進(jìn)壓力和進(jìn)尺速度，看泵壓表和孔口上返水情況，看水接頭情況；“二聽”即聽機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)聲音，聽孔內(nèi)震動(dòng)聲；“一及時(shí)”即發(fā)現(xiàn)異狀及時(shí)處理。

（9）調(diào)度室及施工區(qū)隊(duì)要確保撤人報(bào)警系統(tǒng)安全可靠，一旦遇有特殊情況能及時(shí)撤離現(xiàn)場(chǎng)人員。

6 探放水工程量、效果分析

6.1 探放水工程量

在3上502 工作面材料巷共施工5 個(gè)頂板基巖厚度探測(cè)孔兼探放水鉆孔，總進(jìn)尺391m。探測(cè)切眼附近基巖最薄，為45.2m，總體粘土層厚約1m，粘土層厚度較薄。1#孔涌水量18.3m3/h，2#孔涌水量2.3m3/h、3#孔涌水量3m3/h，切眼附近4#鉆孔和5#鉆孔不出水。鉆探出水均在鉆孔進(jìn)尺約30m 左右，特別是1#孔，以傾角60°施工該頂板孔，當(dāng)進(jìn)尺達(dá)23m 時(shí)鉆孔出水達(dá)18.3m3/h，停止鉆進(jìn)放水，疏放兩天以后出水未明顯減小，繼續(xù)鉆進(jìn)至83m，探測(cè)到第四底界砂層，水量未增大。出水原因：靠近砂巖層露頭，且工作面南約100m 粘土層缺失，砂巖層水量補(bǔ)給豐富，是出水的主要原因。其中對(duì)3#孔出水進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，氨離子和硝酸根離子含量較低，分析水源為頂板砂巖水。歷經(jīng)3 個(gè)多月疏放，1#、2#、3#鉆孔出水分別減小至4m3/h、0.5m3/h、1m3/h，累計(jì)放出水量20064m3。至3上502 工作面回采結(jié)束時(shí)上述鉆孔已全部推過(guò)處于采空區(qū)內(nèi)，由采空區(qū)流出動(dòng)水穩(wěn)定在5m3/h 左右。施工仰上鉆孔較好地實(shí)現(xiàn)了疏放砂巖含水層裂隙水的目的，為降低工作面突然涌水量做了長(zhǎng)足準(zhǔn)備。

6.2 效果分析

工作面下運(yùn)且無(wú)泄水巷，造成工作面抗突水能力極差，一旦工作面突水，就會(huì)給工作面生產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重影響。3上502 工作面在物探富水區(qū)和現(xiàn)場(chǎng)淋水點(diǎn)調(diào)查基礎(chǔ)上，采用仰上鉆孔成功疏放頂板含水層水，改變以往依靠工作面回采期間基本頂自然垮落疏放頂板水的單一治理模式，超前工作面精準(zhǔn)疏放上部含水層水，有效降低了頂板含水層水壓，在消減工作面回采期間頂板突水量、突水強(qiáng)度和突水峰值方面發(fā)揮了重大作用，具有極大的應(yīng)用和推廣價(jià)值。