郭新紅

霍州煤電集團河津騰暉煤業(yè)有限責任公司 山西 河津 043300

在礦井生產中，水災作為常見災害之一。我國礦井突水事故發(fā)生眾多，如安徽淮北礦業(yè)集團采煤發(fā)生突水事故，被困7名人員遇難等，據不完全統(tǒng)計，2010-2019年煤礦共發(fā)生140起煤礦水害事故，死亡718人，不僅嚴重損害了人員人身財產安全，還為礦井造成經濟損失。因此，在采區(qū)巷道施工中，應當遵循先探后掘的原則，應用綜合探放水技術，以確保施工安全性。

一、工程概況

騰暉煤業(yè)屬于2009年霍州煤電集團兼并重組整合礦井，擁有良好可采煤層，分別為太原組10號煤層與山西組2號煤層，當前對山西組下段上部的2#煤層進行開采，距離上部K8砂巖頂約為17.29m，距離下部10號煤層約43.11-52.18m，平均47.30m，共有4.88－7.47m煤層厚度，平均6.20m，屬于厚煤層開采，通過對8座小煤窯整合，受小煤窯影響三采區(qū)破壞嚴重，在井田內存在多處積水、采空區(qū)，嚴重影響了工作面布置。

所以，本工程中怎樣將厚煤層受到小煤窯破壞造成的水害隱患消除，為安全開采提供保障，為當前重點。此過程中應用“物探+鉆探+窺視”的綜合探放水技術，為作業(yè)區(qū)對安全掘進提供指導。

二、探放水方案

1.技術理念

（1）嚴格按照山西省煤炭防治水“三專兩探一撤”規(guī)定，防治水工作遵循“預測預報、探掘分離、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則，結合騰暉三采區(qū)采空積水范圍，應用探、堵、防、疏、截、排、監(jiān)等綜合防治措施，采掘前先應用物探、鉆探等方式，落實“物探先行、鉆探驗證”流程，通過互相驗證的方式，進一步分析采掘工作面及其周圍含水層、老空水富水性與地質條件構造，在未查明或消除水害隱患前，禁止進行采掘操作[1]。

（2）在探水工作前，采掘工作人員應當根據“一面一策”“一礦一策”原則，與物探成果相結合，對水文地質情況加以分析，明確警戒線與探水線，且將其在礦井充水性圖與采掘工程平面圖上繪制出來。以此為基礎，編制相應探放水方案及安全技術措施，總工程師通過組織生產、地測、安檢等部門，審核后將其嚴格落實。

（3）落實集團公司防治水管理規(guī)定，遵循“長探+端探”理念，將短探也納入至掘進工作之中，每個班組落實自探。

2.物探方式

煤礦井在開采中遇到富水異常及含水量較高區(qū)域，為確保巷道安全，則應當先治理，后掘進，探放水中先試試地面物探，將有無異常區(qū)域進行圈定，保證后續(xù)工作有的放矢[2]。

（1）物探異常區(qū)

物探異常區(qū)實施探放水中，根據扇形布置談插孔進行探查。在此過程中密切注意涌水情況，鉆孔用水量小，且水壓低，則應用注漿封堵鉆孔方式，保證超前距掘進；用水量大水壓較高，則應用注漿封堵結合疏放的方式解決[3]。煤礦巷道周圍25m內存在其他巷道施工，可設置探查孔在巷道一邊及前方，煤礦探放深水中遇到工程質量與要求不符，則會影響施工過程，需重新封堵鉆孔，提高施工質量。

（2）物探無異常區(qū)

在物探無異常區(qū)探放水中，帶式輸送機及工作面回風巷中間應用千米定向鉆井，設置中保持與巷道掘進方向平行，以實現(xiàn)超前探查，提高探查結果準確性。在探查中應用千米定向鉆井還應當應用直流電法物探，以此加大探測距離，增加約30m，以提高探放水準確度。在巷道掘進中，井下物探未能發(fā)現(xiàn)異常，則在確保掘進工作面正常排水的基礎上向下繼續(xù)探查，維持32m超前距離。當發(fā)現(xiàn)異常后，將異常部位和前期施工鉆孔出水加以對比，兩者不重合則表明無異常，即可繼續(xù)掘進，掘進前線排出工作面的水，之后繼續(xù)維持32m超前距離[4]；異常部位與前期鉆孔出水重合，則表明前方屬于異常區(qū)域，需短距離鉆孔，探查異常區(qū)，檢測鉆孔水壓及涌水量，水壓較高且用水量大則做好排水工作，注漿封堵。通過該方法確保能夠排查每個異常區(qū)，以此保障煤礦開采質量及安全性。

三、鉆孔布置

1.鉆場位置

騰暉原海圣巷道疏放水定向鉆孔預設鉆場1個，地處10#煤主運輸行8號導線點北幫，鉆場規(guī)格為高3m，深5m，長9.5m（見圖1）。

圖1 鉆場位置示意圖

2.鉆孔設計

鉆孔設計4個定向鉆孔，疏放水靶向區(qū)小窯巷道底板標高與孔口最大落差為50m，推測積水高約20m，水壓為0.6MPa，結合煤礦防治水細則，在孔口設置10m地質套管，耐壓強度在1MPa以上，在施工階段進行孔口安裝。

根據鉆孔施工順序，2#鉆孔靶區(qū)為F1至F2斷層運輸巷；1#鉆孔靶區(qū)為斷層中間材料巷；3#鉆孔靶區(qū)為斷層間最低點中央水倉；4#鉆孔靶區(qū)為F1斷層北側材料大巷，且綜合考慮小窯底板易積存巖渣，終孔部位需打通小窯巷道。在2#鉆孔施工中設計分支2個[5]。通過2-1#分支施工只斷層上盤前10m，探測2#頂板高度，在實際探測中，對其進行調整。

（1）定位開孔

按照鉆機設計要求及規(guī)程，搬移鉆機至開孔部位，結合規(guī)定傾角與方位角固定鉆機，前方與開孔點巖壁距離在1.5-3m左右，開孔高度超過1m，條件不足無法按照參數開孔，則需對參數重新修訂。

當完成移動定位后即可實施開孔擴孔操作。在開空前先在該位置剪開網片400*400mm開口，方便下鉆開孔。使用VL1000鉆機ф96mm鉆頭與普通鉆桿，以螺旋鉆進方式開孔，擴孔中鉆頭應用ф190mm與普通鉆桿，同樣以螺旋鉆進模式擴孔，長度為11m。

（2）封孔

止水套應用ф159mm*1.5m，以絲扣式連接。在此過程中。對于老空積水量、范圍不清楚，地質構造或近距離煤層開采不清楚，鉆孔超前距離在30m以上，止水套管則在10m以上[6]；相反，則結合煤層厚度、安全技術措施、強度及水頭值高低確定。本工程按照規(guī)定確定封孔長度10m。

在注漿固孔中，應用不低于525#的水泥標號，保證其無結塊、變質情況，應用0.5：1水泥漿進行封閉固結，施工完成48h后耐壓試驗，不可低于1.5倍預計靜水壓值，在驗收中試驗壓力需達到1MPa，管口及管壁不漏水即合格，否則重新注漿。

3.鉆孔施工

（1）校正彎頭方向?？變锐R達放進孔內且與孔底工具鉆桿連接，將鉆桿退回后露出彎頭方向標記，且設置該方向為360°，檢測后確認方向準確，加上鉆孔直至孔底工具、孔內馬達及銅鉆桿均進入孔中。

（2）開新孔?？變锐R達送至擴好孔底，將水泵啟動后，孔內有水反出，明確返渣正常，利用孔內馬達向9m深處鉆去，人員按下復位按鈕測量檢查，將方位角讀數記錄下來。

（3）鉆進操作。每6m測量一次，在鉆孔向上爬升施工中，其軌跡需穿過石灰?guī)r，由于其硬度系數在12以上，施工中需應用專用硬巖鉆頭及大扭矩馬達，對鉆孔軌跡與鉆速度嚴格控制。并且與設計軌跡對比，結合偏移情況確定調整彎頭方向。人員在鉆進中應集中精力，避免操作失誤導致人員傷亡或設備損傷，且此過程中如若遇到水壓升高、卡鉆、垮孔等異常情況，需立即停鉆查找原因，按照實際情況應對，如若必要則科及時撤出鉆桿至安全位置。當遇到特殊無法處理的情況，同樣需退至安全位置，協(xié)商處理解決，保證鉆機正常。

（4）完孔撤鉆。鉆孔施工達到設計深度后即可進行洗孔，為退鉆提供順暢通道，記錄井下數據，地測部門處理終孔參數后將其輸入數據庫，在礦圖上及時描繪鉆孔軌跡。完成施工則退出全部鉆桿。

4.施工效益

（1）經濟效益。預計解放礦井906萬噸地質儲量，可采儲量增加554萬噸，有效將礦井服務年限延長3.6年，三個采取工作面產量達到526.3萬噸。噸煤利潤為300員，增加工作面利潤則為157890萬元。

（2）社會效益。在煤礦水害預防中管理任重道遠，通過研究厚煤層小窯老空積水綜合探放就，可為后續(xù)采區(qū)施工提供指導。

總結：綜上所述，本次工程中，為解決老空積水問題，采取“物探+鉆探+窺視”綜合探放水技術，通過物探異常區(qū)及非異常區(qū)，落實鉆孔布置、鉆孔設計及鉆孔施工，最大程度確保巷道施工安全，有效解決小煤窯破壞厚煤層后可能產生的積水區(qū)，解放554萬噸煤礦產量，將礦井服務年限延長3.6年，從而促進了企業(yè)經濟效益的提高。