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        鉆探施工技術(shù)在屯蘭煤礦18403工作面的應(yīng)用

        2019-07-15 00:52:10
        山東煤炭科技 2019年6期
        關(guān)鍵詞:孔口積水鉆機(jī)

        張 偉

        (西山煤電屯蘭礦,山西 太原 030206)

        1 工程概況

        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(qiáng),估算積水量為10萬(wàn)m3,積水面積為83323m2,積水標(biāo)高710~717m,放水點(diǎn)標(biāo)高為643m,最大承受水壓0.74MPa。隨著回采的推進(jìn),充填隔離墻垮塌,上覆采空區(qū)積水會(huì)通過(guò)頂板垮落后形成的冒落裂縫帶進(jìn)入18403工作面,預(yù)計(jì)涌水量將達(dá)到100m3/h,對(duì)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(duì)采空積水進(jìn)行探放,消除采空區(qū)積水的威脅。

        2 鉆探施工設(shè)計(jì)

        2.1 設(shè)備選型及技術(shù)參數(shù)

        本次探放水采用CMS1-1200/22(A)鉆機(jī)進(jìn)行鉆探作業(yè)。預(yù)準(zhǔn)備風(fēng)動(dòng)注漿泵1臺(tái)、水玻璃100kg、4寸孔口管帶絲扣(2m)90根、鏈?zhǔn)焦茔Q2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(gè)。鉆機(jī)參數(shù)如表1所示。

        2.2 鉆場(chǎng)布置

        根據(jù)巷道施工進(jìn)度安排,將鉆場(chǎng)布置在巷道側(cè)幫探水硐室或聯(lián)絡(luò)巷中[1]。

        2.3 鉆孔布置

        分別對(duì)上覆采空區(qū)積水進(jìn)行探放,鉆孔均以鉆到老空區(qū)放水為目的,施工順序?yàn)椋篕1→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(jì)平面圖

        設(shè)計(jì)探放水鉆孔共布置10個(gè),實(shí)際共施工5個(gè)鉆孔,原因?yàn)樵O(shè)計(jì)放水孔考慮水頭從高到低分段逐步探放,但實(shí)際水頭相差較小,故在實(shí)際施工中選擇最低點(diǎn)直接探放,以達(dá)到探放水效果,達(dá)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

        2.4 封口

        孔口管外端必須超出巷幫300mm。封孔時(shí),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。

        2.5 鉆探工藝

        (1)將鉆機(jī)移至開鉆處,架設(shè)并固定鉆機(jī),對(duì)鉆場(chǎng)附近敲幫問(wèn)頂,必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),保證鉆場(chǎng)附近的安全。

        (2)觀察鉆場(chǎng)附近實(shí)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(jìn),井下探放水口安裝示意見(jiàn)圖2所示。

        (3)連接加工好的孔口管,用鏈?zhǔn)焦茔Q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(shí)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(jìn)行掃孔。

        (5)用錨桿機(jī)通過(guò)孔口管固定裝置向頂板打錨桿,加固孔口管。

        (6)耐壓試驗(yàn),掃孔深度超過(guò)孔口管長(zhǎng)度后起鉆,向孔內(nèi)壓水進(jìn)行孔口管耐壓試驗(yàn),試驗(yàn)的壓力不得小于0.12MPa,穩(wěn)壓的時(shí)間至少保持30min,保證孔口周圍不漏水,孔口管牢固不活動(dòng),否則必須重新注漿固定[3]。

        (7)耐壓試驗(yàn)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(jì)孔深,當(dāng)孔內(nèi)涌下帶有刺激性氣味的水或鉆孔返水明顯減小時(shí),證明已與采空區(qū)貫通。貫通后對(duì)鉆孔貫通點(diǎn)進(jìn)行掃孔。

        圖2 井下探放水口安裝示意圖

        2.6 防排水系統(tǒng)

        為防止在施工過(guò)程鉆孔涌水量變大,致使鉆桿無(wú)法拔出的情況,設(shè)計(jì)在放水點(diǎn)布置臨時(shí)集水坑,同時(shí)在煤層水泵房增設(shè)55kW離心泵,通過(guò)直徑為108mm排水管路輸送至中央水倉(cāng)。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中,對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化后,工作面實(shí)際排水能力達(dá)到240m3/h。

        3 施工注意事項(xiàng)

        3.1 重大危險(xiǎn)源辨識(shí)及管控措施

        3.1.1 危險(xiǎn)源辨識(shí)

        (1)鉆孔施工過(guò)程中的瓦斯噴孔現(xiàn)象。

        (2)鉆機(jī)、鉆桿運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械傷人事故。

        (3)鉆機(jī)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)出水現(xiàn)象。

        3.1.2 管控措施

        (1)在鉆探地點(diǎn)備用一定數(shù)量的麻袋、黃泥、棉紗等,以便對(duì)突發(fā)性的氣水噴發(fā)做出及時(shí)的防護(hù)。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(shí),必須停止作業(yè),撤出人員。

        (2)在鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),嚴(yán)禁人員跨越鉆機(jī);操作鉆機(jī)時(shí),人員站在兩側(cè),嚴(yán)禁正對(duì)操作。

        (3)鉆進(jìn)中若發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)顯著變軟,應(yīng)立即停止鉆進(jìn)進(jìn)行檢查,孔內(nèi)壓力很大時(shí),應(yīng)馬上將鉆桿固定并記錄其深度[4],在情況危急時(shí),需及時(shí)撤出處于隱患區(qū)域的施工人員。

        3.2 安全技術(shù)措施

        (1)為防止鉆孔在放水期間軟弱巖層松動(dòng),發(fā)生頂板垮落事故,設(shè)計(jì)對(duì)頂板施工撞楔超前玻璃錨桿支護(hù),即沿巷道頂板施工8~10個(gè)鉆孔深度為4.0m、間距為0.6m的超前支護(hù)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(zhǎng)玻璃鋼錨桿,通過(guò)手持式鉆機(jī)進(jìn)行錨固。

        (2)施工前,必須完善探放水地點(diǎn)的排水系統(tǒng),按排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求在18403軌道順槽35號(hào)測(cè)點(diǎn)向外30m處、31號(hào)測(cè)點(diǎn)向里45m處按長(zhǎng)×寬×深=4m×4m×1.5m分別打設(shè)水倉(cāng),并在水倉(cāng)處各配備兩臺(tái)45kW水泵,水倉(cāng)處鋪設(shè)一趟4寸管(約1910m)與大巷6寸排水管對(duì)接,對(duì)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(guò)時(shí),可采用輕壓慢轉(zhuǎn)、下套管護(hù)壁工藝、壓風(fēng)返粉鉆進(jìn)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(duì)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(jī)、調(diào)整鉆機(jī)角度疏通鉆孔。

        (5)放水過(guò)程中,需關(guān)注涌水量的變化,建立涌水量觀測(cè)臺(tái)賬,通過(guò)浮標(biāo)法、電磁流量法、容積法等手段對(duì)鉆孔涌水量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。應(yīng)用壓力表對(duì)鉆孔水壓進(jìn)行監(jiān)測(cè),隨時(shí)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(yàn)證孔、壓力試驗(yàn)等方法確認(rèn)采空區(qū)積水是否疏放徹底。

        4 應(yīng)用效果

        18403工作面掘進(jìn)期間設(shè)計(jì)施工10個(gè)探水鉆孔,實(shí)際共施工5個(gè)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

        5 結(jié)語(yǔ)

        礦井水害嚴(yán)重威脅著煤礦安全生產(chǎn),鉆探工藝作為一種探測(cè)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(guò)對(duì)西山煤電屯蘭煤礦18403工作面進(jìn)行鉆探施工設(shè)計(jì),確定了合理的鉆孔布置以及鉆探工藝,并針對(duì)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(jìn)時(shí)受水害影響,避免了煤礦重大水害事故發(fā)生,實(shí)現(xiàn)了巷道快速掘進(jìn),在一定程度上保證了該煤礦的安全生產(chǎn)。

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