左龍飛

（潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 047105）

1 概述

潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司1207巷位于井田二采區(qū)，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1611m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.0×4.5m，回采煤層為二疊紀(jì)3#煤層，平均厚度為6.95m，煤層成層狀，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含多層夾矸。

根據(jù)三維地震及電法勘探顯示，1207巷掘進(jìn)范圍內(nèi)頂板往上7.0～9.5m范圍共有富水區(qū)域2處，為頂板砂巖裂隙含水層水。同時(shí)由于工作面范圍內(nèi)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，斷層及較大的褶曲構(gòu)造發(fā)育，工作面內(nèi)煤層起伏變化較為明顯。在斷層附近和褶曲轉(zhuǎn)折端會(huì)造成煤層及頂板裂隙發(fā)育，出現(xiàn)頂板錨索淋水現(xiàn)象，向斜軸部還會(huì)形成積水區(qū)。根據(jù)地測(cè)科提供水文地質(zhì)資料及鄰近1206綜采工作面回采過(guò)程中頂板淋水情況，預(yù)計(jì)積水量達(dá)8744m3，水壓為0.95MPa,威脅著巷道掘進(jìn)安全。

為了保證巷道掘進(jìn)安全，1207巷掘進(jìn)前期采用探水鉆孔對(duì)頂板積水進(jìn)行探放，掘進(jìn)巷道迎頭共計(jì)布置5個(gè)（1#～5#）探水鉆孔，鉆孔深度為70m，仰角為5°，具體參數(shù)如表1所示。

表1 1207巷探水鉆孔技術(shù)參數(shù)

2 前期探放水鉆孔套管安裝主要存在的問(wèn)題

（1）孔口套管安裝深度不足。1207巷前期掘進(jìn)階段，探放水施工過(guò)程中套管安裝深度確定為12m，封孔終孔位置位于掘進(jìn)煤體卸壓區(qū)內(nèi)，煤體松軟不穩(wěn)定，鉆孔套管安裝后繼續(xù)施工導(dǎo)向鉆孔，然后在套管外露端安裝法蘭盤、壓力表以及控制閘閥，對(duì)頂板上覆巖層積水區(qū)進(jìn)行放水。由于積水區(qū)水壓較大，在放水過(guò)程中，積水在壓力作用下從卸壓區(qū)煤體裂隙滲出，不僅增加煤體破碎范圍，而且很容易出現(xiàn)透水事故。

（2）孔口套管加固工藝不合理。1207巷前期探水鉆孔施工且安裝孔口套管后，采用水泥砂漿進(jìn)行套管加固，由于水泥砂漿滲透效果、粘接性差，采用該方法進(jìn)行套管加固后，對(duì)孔口壁及四周煤壁巖體裂隙區(qū)封堵效果差。通過(guò)實(shí)際鉆孔觀察發(fā)現(xiàn)，水泥砂漿滲透深度僅為1.2m，封孔效果差，在放水時(shí)容易出現(xiàn)鉆孔竄動(dòng)、噴管現(xiàn)象。

（3）安全措施不到位。由于1207巷掘進(jìn)煤層為二疊系3#煤層，煤層膠結(jié)穩(wěn)定性差，煤體單軸抗壓強(qiáng)度不足15MPa，受鉆孔施工擾動(dòng)及積水壓力影響，在放水過(guò)程中，工作面煤體很容易出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，頂板出現(xiàn)破碎、冒落現(xiàn)象，不僅降低了鉆孔封孔質(zhì)量，而且很容易出現(xiàn)掘進(jìn)工作面煤體大面積垮落事故。

3 提高探水孔套管加固效果技術(shù)措施

司馬礦探放水隊(duì)通過(guò)技術(shù)研究，為了提高鉆孔套管安裝質(zhì)量決定通過(guò)施工校驗(yàn)鉆孔確定鉆孔深度，并采用“兩堵一注”工藝進(jìn)行套管加固。同時(shí)為了保證探放水施工安全，決定采用注漿支護(hù)加強(qiáng)煤體穩(wěn)定性，安裝π型鋼棚加強(qiáng)頂板支護(hù)。

3.1 封孔深度確定

通過(guò)施工校驗(yàn)鉆孔，根據(jù)鉆孔施工過(guò)程中每米產(chǎn)生的煤屑量確定煤體內(nèi)穩(wěn)定區(qū)深度，保證套管安裝終孔位置位于穩(wěn)定巖體內(nèi)。

3.1.2 鉆孔煤屑量法原理

受巷道開(kāi)挖應(yīng)力、上覆巖層重力以及構(gòu)造應(yīng)力等集中作用，巷道在掘進(jìn)過(guò)程中煤體前方一定范圍內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力破壞現(xiàn)象，從而使煤體往里依次形成應(yīng)力破壞區(qū)（破碎區(qū)）、應(yīng)力破壞減弱區(qū)（卸壓區(qū)）以及應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)三個(gè)區(qū)域。

在煤體內(nèi)施工校驗(yàn)鉆孔時(shí)，破碎區(qū)內(nèi)煤體膠結(jié)穩(wěn)定性差，導(dǎo)致鉆孔成型效果差，鉆孔出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，施工鉆孔時(shí)產(chǎn)生的煤屑量多；隨著鉆孔深入，在卸壓區(qū)內(nèi)煤體受壓逐漸降低，鉆孔成型效果得到改善，產(chǎn)生的煤屑量逐漸減少；當(dāng)鉆孔深入至穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，圍巖應(yīng)力趨于平衡，鉆孔成型效果好，且每米鉆孔產(chǎn)生的煤屑量相對(duì)穩(wěn)定。

3.1.2 施工工藝

（1）首先采用鉆機(jī)在工作面施工三個(gè)校驗(yàn)鉆孔（1#、2#、3#），鉆孔深度為30m，鉆孔間距為1.5m。安排技術(shù)人員記錄鉆孔每米產(chǎn)生的煤屑量，并繪至煤屑量變化曲線圖。

（2）通過(guò)實(shí)際觀察記錄發(fā)現(xiàn)，三個(gè)校驗(yàn)鉆孔在前8m范圍內(nèi)平均產(chǎn)生的煤屑量4.4kg/m；在9～21m范圍內(nèi)平均產(chǎn)生的煤屑量3.5kg/m，且趨于下降趨勢(shì)；在22～30m范圍內(nèi)平均產(chǎn)生的煤屑量為2.9kg/m，且趨于穩(wěn)定。如圖1所示。

（3）根據(jù)校驗(yàn)鉆孔產(chǎn)生的煤屑量分析可知，鉆孔在0～8m范圍內(nèi)為煤體破碎區(qū)，在9～21m范圍內(nèi)為煤體卸壓區(qū)，在22～30m范圍內(nèi)為煤體穩(wěn)定區(qū)。為了保證封孔質(zhì)量，應(yīng)將孔口套管底端安裝在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，所以最終確定1207巷孔口套管安裝深度為24m。

圖1 校驗(yàn)鉆孔單米產(chǎn)生的煤屑量變化曲線圖

3.2 “兩堵一注”套管加固工藝

（1）首先采用ZDY4000S型探放水鉆機(jī)配套直徑為75mm合金鉆頭以及中空鉆桿進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔具體位置及相關(guān)技術(shù)參數(shù)嚴(yán)格按照現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員及規(guī)程措施要求進(jìn)行施工。

（2）探水鉆孔開(kāi)口25m后停止鉆進(jìn)，將普通鉆頭更換為直徑150mm擴(kuò)孔鉆頭，并對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔后及時(shí)將鉆孔內(nèi)煤屑清理干凈。

（3）擴(kuò)孔后對(duì)鉆孔內(nèi)安裝孔口管，每節(jié)孔口套管長(zhǎng)度為5.0m，直徑為120mm，共計(jì)安裝5節(jié)。相鄰兩節(jié)孔口管采用絲扣式連接,在孔口套管外露端分別安裝壓力表及法蘭盤。

（4）孔口套管安裝后對(duì)管底部注射膨脹水泥進(jìn)行封底，封底長(zhǎng)度為0.5m，如圖1所示。封底后在其底端安裝一個(gè)型號(hào)為PKJW型環(huán)形封孔器，封孔器膨脹壓力為0.5～0.9MPa，封堵長(zhǎng)度為0.5m。

（5）孔口管底端封堵后，在管壁與煤壁之間埋入一根直徑為20mm注漿鋼管，埋管深度為18m，注漿鋼管外露端分別與流量控制閥、高壓注漿泵進(jìn)行連接。注漿鋼管埋入后在距孔口1.0m處安裝一個(gè)PKJW型環(huán)形封孔器，并采用膨脹水泥進(jìn)行封口處理，使封孔段形成環(huán)形封堵空間，如圖2所示。

（6）采用高壓注漿泵向環(huán)形封堵空間內(nèi)高壓注射PKL-1型封孔注漿材料，注漿壓力為1.1MPa。注漿時(shí)先高壓后低壓，先大流量后小流量，注漿一段時(shí)間后壓力穩(wěn)定不變且保持10min以上停止注漿。

（7）封孔3h后，對(duì)封孔段進(jìn)行注水耐壓試驗(yàn)，注水壓力為2.0MPa，時(shí)間不得低于20min。耐壓試驗(yàn)期間孔口附近煤體無(wú)滲水、孔口管無(wú)竄動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，確定為封孔質(zhì)量合格。

圖2 “兩堵一注”孔口套管加固施工示意圖

3.3 安全技術(shù)措施

為了進(jìn)一步提高鉆孔孔口套管加固質(zhì)量，防止防水過(guò)程中因煤壁、頂板破碎，導(dǎo)致降低鉆孔套管安裝質(zhì)量，發(fā)生透水施工，決定在放水施工前對(duì)封孔附近煤壁進(jìn)行注漿加固，對(duì)頂板架設(shè)π型鋼棚。

（1）注漿加固技術(shù)。在注水鉆孔孔口1.0m處施工四個(gè)注漿鉆孔，鉆孔成環(huán)形布置，鉆孔直徑為40mm，深度為8m，注漿鉆孔與注水鉆孔傾斜角一致。注漿鉆孔施工完后采用ZBQ50/6型氣動(dòng)注漿泵對(duì)鉆孔注射馬麗散粘合劑，注漿壓力為0.9MPa。

（2）架設(shè)π型鋼棚。π型鋼棚主要由頂梁、棚腿、底座等部分組成。探水鉆孔施工前，在工作面煤壁處架設(shè)一排π型鋼棚，共計(jì)架設(shè)5架，間距為1.0m。鋼棚架設(shè)后，在棚腿與煤壁之間安裝水泥背板（預(yù)留探水鉆孔位置），防止放水時(shí)壓力大，沖垮煤壁，發(fā)生透水事故。

4 結(jié)束語(yǔ)

潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司探放水隊(duì)通過(guò)技術(shù)研究，對(duì)巷道前期掘進(jìn)階段探水鉆孔孔口套管安裝過(guò)程中主要存在的問(wèn)題進(jìn)行合理分析，提出了鉆孔校驗(yàn)法確定了套管安裝深度為24m，以及提出了“兩堵一注”套管加固工藝，并對(duì)煤壁采取了注漿以及架設(shè)π型棚進(jìn)行加固。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用觀察發(fā)現(xiàn)，施工巷道在后期共計(jì)施工45個(gè)探水鉆孔，其中干孔為11個(gè)，放水孔為34個(gè)，共計(jì)放水量為8212m3（前期已放水529m3）。在放水過(guò)程中未出現(xiàn)一次因套管安裝質(zhì)量不合格，出現(xiàn)鉆孔竄動(dòng)、煤壁滲水等現(xiàn)象，提高了封孔質(zhì)量，防止了透水事故發(fā)生，取得了顯著成效。