張 偉
(西山煤電屯蘭礦,山西 太原 030206)
屯蘭煤礦18403工作面地表位于白草塔以東區(qū)域內(nèi),井下位于南四盤區(qū),東鄰南翼下組軌道巷,南鄰18405工作面,北鄰18401工作面,西鄰采區(qū)邊界。其上部為12403和12405采空區(qū),垂直間距約72m左右。
目前影響18403工作面回采的采空積水為上覆12403、12405采空積水,該區(qū)地下水富水性較強,估算積水量為10萬m3,積水面積為83323m2,積水標高710~717m,放水點標高為643m,最大承受水壓0.74MPa。隨著回采的推進,充填隔離墻垮塌,上覆采空區(qū)積水會通過頂板垮落后形成的冒落裂縫帶進入18403工作面,預(yù)計涌水量將達到100m3/h,對回采產(chǎn)生較大影響,為消除上覆采空積水的威脅,需在18403軌道順槽施工探放水鉆孔對采空積水進行探放,消除采空區(qū)積水的威脅。
本次探放水采用CMS1-1200/22(A)鉆機進行鉆探作業(yè)。預(yù)準備風動注漿泵1臺、水玻璃100kg、4寸孔口管帶絲扣(2m)90根、鏈式管鉗2把、聚氨酯AB液50kg、FKZY-1型礦用囊袋式帶壓注漿專用封孔材料0.5t、直徑為19mm的高壓管兩根,連接19mm直通的法蘭盤2個。鉆機參數(shù)如表1所示。
根據(jù)巷道施工進度安排,將鉆場布置在巷道側(cè)幫探水硐室或聯(lián)絡(luò)巷中[1]。
分別對上覆采空區(qū)積水進行探放,鉆孔均以鉆到老空區(qū)放水為目的,施工順序為:K1→K2→K3→K4→K5→K6→K7→K8→K9→K10。鉆孔布置如圖1所示。
圖1 鉆孔設(shè)計平面圖
設(shè)計探放水鉆孔共布置10個,實際共施工5個鉆孔,原因為設(shè)計放水孔考慮水頭從高到低分段逐步探放,但實際水頭相差較小,故在實際施工中選擇最低點直接探放,以達到探放水效果,達到預(yù)期目的。鉆孔位置參數(shù)如表2所示。
表2 鉆孔位置參數(shù)表
孔口管外端必須超出巷幫300mm。封孔時,必須采用封孔專用設(shè)備,向孔內(nèi)注入封孔漿液,注完后,靜置至少12h。
(1)將鉆機移至開鉆處,架設(shè)并固定鉆機,對鉆場附近敲幫問頂,必要時進行補強支護,保證鉆場附近的安全。
(2)觀察鉆場附近實際情況,確定開鉆位置,避開錨桿所在位置,以免錨桿影響正常鉆進,井下探放水口安裝示意見圖2所示。
(3)連接加工好的孔口管,用鏈式管鉗緊固下入孔內(nèi),并在孔口處用麻袋片纏裹孔口管澆上聚氨酯AB液,將孔口封閉,固定住孔口管,孔內(nèi)預(yù)埋用以注漿時排出孔內(nèi)空氣的出氣小管[2]。
(4)從孔口管向孔內(nèi)注入水泥漿,直到孔壁與孔口管之間充滿封孔材料,待凝固12h后進行掃孔。
(5)用錨桿機通過孔口管固定裝置向頂板打錨桿,加固孔口管。
(6)耐壓試驗,掃孔深度超過孔口管長度后起鉆,向孔內(nèi)壓水進行孔口管耐壓試驗,試驗的壓力不得小于0.12MPa,穩(wěn)壓的時間至少保持30min,保證孔口周圍不漏水,孔口管牢固不活動,否則必須重新注漿固定[3]。
(7)耐壓試驗符合要求后安裝閘閥,閘閥安裝完成后施工第二孔徑至設(shè)計孔深,當孔內(nèi)涌下帶有刺激性氣味的水或鉆孔返水明顯減小時,證明已與采空區(qū)貫通。貫通后對鉆孔貫通點進行掃孔。
圖2 井下探放水口安裝示意圖
為防止在施工過程鉆孔涌水量變大,致使鉆桿無法拔出的情況,設(shè)計在放水點布置臨時集水坑,同時在煤層水泵房增設(shè)55kW離心泵,通過直徑為108mm排水管路輸送至中央水倉。在現(xiàn)場實踐中,對排水系統(tǒng)進行設(shè)計優(yōu)化后,工作面實際排水能力達到240m3/h。
3.1.1 危險源辨識
(1)鉆孔施工過程中的瓦斯噴孔現(xiàn)象。
(2)鉆機、鉆桿運轉(zhuǎn)時的機械傷人事故。
(3)鉆機過程中發(fā)現(xiàn)出水現(xiàn)象。
3.1.2 管控措施
(1)在鉆探地點備用一定數(shù)量的麻袋、黃泥、棉紗等,以便對突發(fā)性的氣水噴發(fā)做出及時的防護。施工前提前安裝瓦斯接收器,并與抽采管路相連接,在瓦斯?jié)舛瘸鲆?guī)定時,必須停止作業(yè),撤出人員。
(2)在鉆機運轉(zhuǎn)時,嚴禁人員跨越鉆機;操作鉆機時,人員站在兩側(cè),嚴禁正對操作。
(3)鉆進中若發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)顯著變軟,應(yīng)立即停止鉆進進行檢查,孔內(nèi)壓力很大時,應(yīng)馬上將鉆桿固定并記錄其深度[4],在情況危急時,需及時撤出處于隱患區(qū)域的施工人員。
(1)為防止鉆孔在放水期間軟弱巖層松動,發(fā)生頂板垮落事故,設(shè)計對頂板施工撞楔超前玻璃錨桿支護,即沿巷道頂板施工8~10個鉆孔深度為4.0m、間距為0.6m的超前支護鉆孔,鉆孔垂直煤壁布置,在鉆孔施工完成后,依次向各鉆孔內(nèi)填裝錨固劑及加長玻璃鋼錨桿,通過手持式鉆機進行錨固。
(2)施工前,必須完善探放水地點的排水系統(tǒng),按排水系統(tǒng)設(shè)計要求在18403軌道順槽35號測點向外30m處、31號測點向里45m處按長×寬×深=4m×4m×1.5m分別打設(shè)水倉,并在水倉處各配備兩臺45kW水泵,水倉處鋪設(shè)一趟4寸管(約1910m)與大巷6寸排水管對接,對接處安裝逆止閥。
(3)鉆孔施工期間出現(xiàn)塌孔、抱鉆現(xiàn)象,不能順利通過時,可采用輕壓慢轉(zhuǎn)、下套管護壁工藝、壓風返粉鉆進等有效措施施工,防止出現(xiàn)孔內(nèi)事故。
(4)放水期間,需加工U型管與頂板放水孔對接,防止出水變小后孔內(nèi)瓦斯涌出,如因采空區(qū)淤泥、煤渣等造成放水孔堵孔情況,必須重新固定鉆機、調(diào)整鉆機角度疏通鉆孔。
(5)放水過程中,需關(guān)注涌水量的變化,建立涌水量觀測臺賬,通過浮標法、電磁流量法、容積法等手段對鉆孔涌水量進行實時監(jiān)測。應(yīng)用壓力表對鉆孔水壓進行監(jiān)測,隨時掌握上部采空區(qū)積水情況,探放水結(jié)束后,必須采用疏通鉆孔、施工驗證孔、壓力試驗等方法確認采空區(qū)積水是否疏放徹底。
18403工作面掘進期間設(shè)計施工10個探水鉆孔,實際共施工5個鉆孔,各鉆孔施工探放水效果如表3所示。采空區(qū)積水得到了有效釋放,鉆探放水效果較好。
表3 鉆探放水效果
礦井水害嚴重威脅著煤礦安全生產(chǎn),鉆探工藝作為一種探測技術(shù),在治理礦井水害發(fā)生的領(lǐng)域發(fā)揮著愈發(fā)重要的作用。通過對西山煤電屯蘭煤礦18403工作面進行鉆探施工設(shè)計,確定了合理的鉆孔布置以及鉆探工藝,并針對可能出現(xiàn)的安全隱患提出管控措施,有效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,實現(xiàn)了巷道快速掘進,在一定程度上保證了該煤礦的安全生產(chǎn)。