王海龍
(潞安集團司馬煤業(yè)公司,山西 長治 047105)
煤礦地質(zhì)探放水是保證采掘工作面安全掘進、避免礦井水害事故發(fā)生的有效途徑,但是實際礦井探放水施工時存在很多問題:(1)探水施工設計不合理。探水施工盲目性大,鉆孔布置不合理,造成探水施工后未能完全消除水害隱患;(2)鉆孔封孔質(zhì)量差。探水鉆孔施工后未能采取有效措施進行封孔,造成放水時噴孔事故發(fā)生;(3)安全措施不到位。在探水施工期間未采取有效的安全施工措施,導致人員傷亡、機電設備損壞等事故發(fā)生。對此,司馬煤業(yè)公司地測科在1211運巷掘進期間采取了合理有效的探放水施工設計及安全措施。
潞安集團司馬煤業(yè)公司1202運巷位于井田二采區(qū)北翼,巷道東部為1201工作面采空區(qū),南部為采區(qū)大巷,西部、北部為實煤區(qū)。1202運巷設計長度為1153m,巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.2×3.6m,巷道沿石炭系3#煤層底板平行掘進,煤層平均厚度為6.9m。巷道直接頂以泥巖與粗粒砂巖混合巖層為主,平均厚度為4.2m,巖石裂隙發(fā)育;基本頂主要以細砂巖為主,平均厚度為11.2m,巷道已掘進375m。
電法勘探成果顯示,在1202運巷掘進范圍內(nèi)頂板往上6.0~7.5m處共有4處富水區(qū)域,主要為頂板砂巖裂隙含水層水,分別位于巷道477m、676m、792m以及960m處,預計總積水量達2787m3,對巷道掘進影響很大;同時受向斜構(gòu)造影響,1202運巷及1201工作面采空區(qū)在854~991m處存在低洼處,預計1201采空區(qū)低洼處積水量達560m3,而1202運巷與采空區(qū)預留保安煤柱厚度為20m,該采空區(qū)積水對巷幫維護及巷道掘進產(chǎn)生一定影響。為了保證1202運巷安全高效掘進,避免透水事故發(fā)生,司馬煤業(yè)公司決定采取探放水措施。
1202運巷采用一臺型號為ZDY4000S,功率為55kW的鉆機進行探水鉆孔施工,鉆桿長度為1.5m,直徑為62mm,并配套直徑為75mm的三翼鉆頭,擴孔鉆頭直徑為150mm。長度為6.0m,直徑為127mm無縫孔口管、法蘭盤以及注漿泵等。
(1)1202運巷探水鉆孔設計長度為90m,鉆孔呈扇形布置,工作面迎頭共布置兩排探水鉆孔,每排五個探水孔,1#~5#鉆孔為頂孔,6#~10#鉆孔為周邊孔,頂孔主要探放頂板裂隙含水層水,周邊孔主要探放巷道周邊積水,巷道允許掘進為70m,超前距為20m,巷道巷幫安全距為25m,如圖1所示。
圖1 司馬礦1202運巷探水鉆孔布置示意圖
(2)工作面迎頭頂孔布置在距巷道頂板1.5m處,鉆孔與工作面呈6°仰角布置,鉆孔間距為1.0m;周邊孔與頂孔間距為1.0m,鉆孔垂直工作面布置,鉆孔間距為1.0m。各鉆孔參數(shù)如表1所示。
由于受巷道開挖應力以及探水鉆孔施工擾動影響,鉆孔開口往里一定范圍內(nèi)孔壁巖體出現(xiàn)破碎現(xiàn)象,從孔口往里依次形成應力破壞區(qū)、應力破壞減弱區(qū)以及應力平衡區(qū),所以鉆孔封孔終孔位置必須位于應力平衡區(qū)內(nèi),司馬礦通過“煤屑量”法確定鉆孔封孔長度。
(1)探水鉆孔施工前,在工作面距頂板2.0m處施工三個試驗鉆孔,鉆孔深度為15m,鉆孔直徑為75mm,每個鉆孔施工期間必須對鉆孔每米產(chǎn)生煤屑量進行記錄。
(2)通過現(xiàn)場實際觀察記錄發(fā)現(xiàn),試驗鉆孔在0~3m范圍內(nèi),每米鉆孔產(chǎn)生的煤屑量基本穩(wěn)定,平均為2.1kg/m;3~6m范圍內(nèi)平均產(chǎn)生的煤屑量逐漸降低,平均為1.6kg/m;在6~15m范圍內(nèi)每米鉆孔產(chǎn)生的煤屑量再次趨于穩(wěn)定,平均為1.2kg/m。
表1 1202運巷探水鉆孔參數(shù)表
由此可以判定,1202運巷鉆孔施工時,在0~3m范圍內(nèi)為應力破壞區(qū),3~6m范圍內(nèi)為應力破壞減弱區(qū),在6.0m以外為原巖應力平衡區(qū),所以為了減少封孔長度,保證封孔效果,決定將1202 運巷探水鉆孔封孔長度確定為8.0m。
(1)當鉆孔鉆進8m時停止鉆進,采用直徑為150mm鉆頭擴孔,擴孔深度為6.0m,擴孔后及時清理孔內(nèi)浮煤,并安裝孔口管。
(2)在探水鉆孔上下各施工一個注漿孔,開口位置與探水鉆孔間距為0.5m,注漿孔直徑為30mm,注漿孔孔深為6.5m,注漿孔施工完后采用高壓注漿泵向孔內(nèi)注射聚氨酯粘劑,待煤壁出現(xiàn)漿液滲透時立即停止注漿并對鉆孔進行封堵。
(3)在孔口管與孔壁之間間隙內(nèi)埋入注漿小管,并由里向外填充膨脹水泥,當膨脹水泥填充至距探水鉆孔孔口0.5m處及時采用速干劑水泥進行孔口封堵處理,如圖2所示。
(4)探水鉆孔孔口管固定2h后,對鉆孔內(nèi)注射高壓水進行孔口耐壓試驗,注水壓力不得低于2MPa,耐壓試驗期間應觀察孔口管穩(wěn)固情況以及滲水情況,耐壓試驗持續(xù)1h,孔口管未出現(xiàn)松動且無滲水現(xiàn)象時視為封孔合格。
圖2 1202運巷探放鉆孔封孔工藝施工平面示意圖
(1)掘進工作面在進行鉆孔施工前應對鉆場附近支護補打到位,對破碎頂板及巷幫應采取支設木柱、架棚等方法進行加固,并在鉆場附近安裝CH4、CO等有害氣體傳感器以及專用電話機。
(2)在施工巷道挖掘排水溝,排水溝規(guī)格為寬×深=0.3×0.3m,在巷道附近施工一個臨時水倉并安裝完善的排水設施,水倉容積及排水設施應滿足巷道放水需求。
(3)探放水鉆孔施工時鉆孔深度、角度、間距、數(shù)量、位置等參數(shù)必須符合設計要求,鉆進期間必須記錄巖、煤層厚度,每鉆進10m及時丈量鉆孔深度,終孔前必須再次確認鉆孔深度。
(4)鉆孔施工期間發(fā)現(xiàn)煤體松軟、頂鉆、水壓加大、滲水等現(xiàn)象時必須立即停止鉆進,測量鉆孔深度,嚴禁拔出鉆桿,并立即匯報礦調(diào)度室采取有效措施。
(5)鉆孔過程中應配備專職的瓦斯檢測供隨時對鉆場有害氣體檢測,發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)有害氣體噴出時必須立即停止鉆進,立即撤出鉆場及其附近所有人員,并加強鉆場通風。
(6)放水期間應詳細記錄鉆孔終孔位置、放水量、水壓、放水時間等,發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)噴高壓水或者水壓過大時應在孔口位置安裝防噴裝置。
(7)鉆孔放水完成后及時采用注水泥砂漿的方法對全孔進行封堵,并做好封孔記錄,為了保證完全消除積水隱患,在積水區(qū)域附近施工三個放水驗證孔,驗證孔無流水時說明放水完全。
(1)1202運巷掘進期間對工作面布置扇形探水鉆孔進行探放水后,工作面頂板共計放水量為2751m3,確定主要為頂板砂巖裂隙水,比預計放水量少36m3。主要是因為司馬礦回采煤層為石炭系3#煤層,煤層厚度為6.9m,煤層松散,煤層內(nèi)鉆孔長度為40m(不包括封孔段),在放水過程中積水在煤層內(nèi)鉆孔段滲透現(xiàn)象嚴重,導致頂板實際放水量比預計放水量少。
(2)1201采空區(qū)側(cè)共計放水量為549m3,主要為1201采空區(qū)低洼處積水,比預計放水量少11m3。主要因為在1201工作面回采時,在890m處布置一個臨時水倉,水倉深度為1.5m,水倉有效容積為15m3,在實際放水時廢棄水倉積水無法完全排放,導致1201采空區(qū)實際放水量比預計放水量少。
(3)1202運巷探放水施工后,在掘進過程中未出現(xiàn)大的涌水現(xiàn)象,僅在巷道790m處頂板出現(xiàn)局部淋水,但最大涌水量僅為1.7m3/min,對巷道掘進未構(gòu)成威脅,保證了巷道安全掘進。
潞安集團司馬煤業(yè)公司地測科通過技術(shù)研究,對1202運巷掘進期間采取了合理有效的探放水設計及安全施工措施,基本消除巷道周邊積水隱患,提高了巷道掘進效率,保證了巷道掘進安全,為其他煤礦巷道掘進探水施工提供了借鑒。