王 雁 任培暉 王用維

（山東能源魯西礦業(yè)集團(tuán)李樓煤業(yè)，山東 菏澤 274715）

根據(jù)瞬變電磁探測解釋成果，1306 膠帶順槽C23 點(diǎn)北67～107 m 范圍底板有一相對低阻異常區(qū)。按照 “預(yù)測預(yù)報(bào)，有疑必探，先探后掘，先治后采”的防治水原則，決定在1306 工作面膠帶順槽C23點(diǎn)北35 m 位置施工超前探放水工程，對物探解釋的富水異常區(qū)超前進(jìn)行探放水，探查前方FJ45 斷層延展發(fā)育情況 ，通過頂板鉆孔分析煤層頂板二疊系石盒子群砂巖含水層的含水量情況，以確保掘進(jìn)巷道施工安全。

本次施工的目的包括：（1）對物探解釋的富水異常區(qū)超前進(jìn)行探放水，探查前方FJ45 斷層延展發(fā)育及斷層富水情況，分析煤層頂板二疊系石盒子群砂巖含水層的含水量情況。（2）準(zhǔn)確判定出水位置，嚴(yán)格記錄原始水量、水溫、水壓。（3）嚴(yán)格記錄出水層位及巖性特點(diǎn)。

1 水害類型充水因素分析

1.1 新近系砂層含水層

新近系砂層含水層厚338.20～460.40 m，平均394.72 m，由東向西漸增厚，由粘土、砂質(zhì)粘土和砂礫層相間沉積組成。該含水層厚度發(fā)育不一，有時呈透鏡狀分布，在露頭區(qū)附近采掘時，3 煤將受新近系含水層影響。

1.2 二疊系石盒子群砂巖含水層

主要分布于礦井東部，有70 孔揭露，含水層為中、細(xì)砂巖，砂巖單層厚度2.70～13.70 m，下距3 煤層頂板平均厚度73 m。目前該含水層有補(bǔ)給水源，為礦井涌水的主要水源。

1.3 3 砂水

3 砂為開采3（3下)煤層的直接充水含水層，主要由深灰、綠灰、灰白色細(xì)、中砂巖和粗砂巖組成，對煤層安全開采不會造成大的影響。

1.4 太原組第三層灰?guī)r巖溶裂隙含水層

礦井一采區(qū)三灰孔水位標(biāo)高為-980 m。總體評價三灰以靜儲量為主，補(bǔ)給性較差，對煤層安全開采影響不大。

2 施工設(shè)備及器具

采用ZDY4200LPS 礦用履帶式坑道鉆機(jī)，配備有Φ133 mm、Φ127 mm、Φ75 mm 金剛石復(fù)合片鉆頭，配備有DN100 閘閥、防噴閥、壓力表，Φ63.5 mm 鉆桿及2ZBQ110/8 煤礦用氣動注漿泵等其他配套設(shè)備。

3 鉆孔設(shè)計(jì)

以往巷道探放水由于鉆孔數(shù)量較多，個別鉆孔傾角過大，導(dǎo)致鉆孔過長，導(dǎo)致施工困難、施工時間較長的情況，為此在此次鉆探中對鉆孔參數(shù)適當(dāng)調(diào)整，鉆孔具體參數(shù)見表1。

表1 鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表

4 施工方法

鉆孔設(shè)計(jì)為異徑結(jié)構(gòu)：一級孔孔徑127 mm，埋設(shè)Φ108 mm 套管，要求埋設(shè)套管長度11 m；二級孔為裸孔，孔徑75 mm 施工至終孔。

孔口管的安設(shè)固定及鉆孔施工。鉆孔開孔：使用Φ75 mm 鉆具開孔，鉆進(jìn)至15.2 m 后提鉆改用Φ127 mm鉆具擴(kuò)孔至孔底，將孔內(nèi)的巖粉沖洗干凈，然后下Φ108 mm 孔口管11 m。

安設(shè)孔口管：在正式鉆進(jìn)前，必須先安好孔口管和靈活好用的控制閘閥。首先將孔口管下入孔內(nèi)，不使滑落。再用水泥與水玻璃的混合物封堵孔口管與孔壁之間的外口空隙。在封堵孔口時，埋設(shè)一個小徑管，作為放氣眼，小徑管應(yīng)高出孔底位置。封堵孔口的水泥與水玻璃的混合物凝固后，再用泥漿泵從孔口管內(nèi)壓入水泥漿，使孔口管與孔壁之間充滿水泥漿。開始時從小徑管口出氣，直到小徑管口冒漿，證明已經(jīng)注滿。水泥漿凝固24 h 后，用Φ75 mm 鉆具進(jìn)行掃孔到孔底，安裝閘門，再進(jìn)行壓水耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)的壓力不得小于2 MPa，穩(wěn)壓時間必須至少保持半小時，孔口周圍不漏水，孔口管牢固不活動，即為完成孔口管的固定工作。鉆進(jìn)期間孔口安裝止水閥門及防噴裝置，然后方可用Φ75 mm 鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)至終孔。

在孔口兩側(cè)施打兩根孔口套管固定錨桿，錨桿采用MSGLW-500/22×2500 高強(qiáng)左旋螺紋鋼錨桿，每根錨桿采用2 支K2335 樹脂藥卷進(jìn)行端頭錨固。錨桿施打好后，使用厚度不低于5 mm 鐵板制作的拉板固定孔口套管，防止孔口管突然鼓出。

施工地點(diǎn)開孔側(cè)煤（巖）壁3000 mm×3000 mm范圍進(jìn)行錨網(wǎng)加固，錨桿采用MSGLW-500/22×2500高強(qiáng)左旋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為800 mm×800 mm，每根錨桿采用2 支K2335 樹脂藥卷進(jìn)行端頭錨固，金屬網(wǎng)規(guī)格為2400 mm×1200 mm。

5 施工平臺打設(shè)方法

施工前搭設(shè)施工平臺，打設(shè)必須牢固可靠，采用DN50 鋼管焊成的兩個倒“T”型梯子作為平臺架，然后在平臺架上面鋪設(shè)大板或鋼筋網(wǎng)作為平臺。

當(dāng)采用大板作為平臺時，鋪設(shè)厚50 mm、長度不小于3000 mm 的大板，大板間隙不大于30 mm，平臺大板與梯子（支架頂梁）之間搭接長度均不小于200 mm，且用雙股Φ8 mm 尼龍繩捆扎牢固，大板間使用尼龍繩捆牢。

平臺高度以滿足施工需要為準(zhǔn)，平臺高度大于1.0 m 時，人員上下平臺必須使用專用行人梯，高度高于平臺上平面不小于200 mm，與水平成70°～80°夾角斜靠在平臺上，人行梯腿必須支在實(shí)底且在同一水平上，并用Φ8 mm 尼龍繩將梯子與平臺間綁扎牢固。

平臺搭設(shè)好后，當(dāng)班班組長必須認(rèn)真檢查平臺的牢固情況，確認(rèn)無安全隱患后方可上平臺作業(yè)。在平臺上施工時，要采用Φ8 mm 尼龍繩在距離平臺大板上0.8 m、1.5 m 位置四周各綁扎兩道，防止施工人員掉下平臺。

對作業(yè)平臺進(jìn)行撤除時，首先要將平臺上的其他支護(hù)材料全部卸下，再將平臺大板（鋼管）與搭接處的尼龍繩進(jìn)行撤除，然后將大板逐個進(jìn)行撤除，最后將架子撤除。

6 施工技術(shù)要求

開鉆前必須完善排水系統(tǒng)，排水能力達(dá)到單孔最大出水量的1.5 倍以上。

所有鉆孔必須由測量人員根據(jù)設(shè)計(jì)現(xiàn)場標(biāo)定探放水鉆孔位置，與負(fù)責(zé)探放水工作的人員共同確定鉆孔方位、傾角、深度和鉆孔數(shù)量。

所有鉆孔施工過程中嚴(yán)格進(jìn)行巖芯判層工作，每鉆進(jìn)1.5 m 至少進(jìn)行一次巖芯判別，詳細(xì)記錄煤層、巖層的屬性特征，對巖芯判層不準(zhǔn)的區(qū)段，嚴(yán)格進(jìn)行取芯判層；觀測鉆孔出水量、水壓，嚴(yán)格觀察記錄各出水點(diǎn)的位置、原始水量、水壓及溫度。

鉆進(jìn)期間要輕壓慢進(jìn)，保證鉆孔精度，按施工順序施工，鉆孔終孔后采用測斜儀進(jìn)行測斜。

鉆探技術(shù)要求。埋設(shè)一級Φ108 mm 套管，鉆孔要求埋設(shè)套管長度11 m。正常開鉆前，必須首先安裝好止水套管、高壓防水閘閥、防噴、反壓裝置，并進(jìn)行打壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不得少于2 MPa，并且維持30 min 以上，觀察周圍無新的淋水、出水點(diǎn)，或者周圍原來的淋水、出水點(diǎn)無變化。鉆孔孔口裝置都必須具備隨時控制突水、出水的條件。若鉆進(jìn)水量、水壓較大、出現(xiàn)片塌等，不得拔出鉆桿，立即向上級部門匯報(bào)，情況危急要立即組織受水威脅的人員撤離。為防止鉆孔傾斜，換層、變層、裂隙等異常區(qū)段，必須輕壓慢鉆，緩慢平穩(wěn)加減壓，嚴(yán)禁壓力突高突低。套管段存在出水現(xiàn)象時，要及時提鉆注漿，保證套管段無出水點(diǎn)，方可埋設(shè)套管。

7 單孔出水量預(yù)計(jì)和排水系統(tǒng)

單孔出水量預(yù)計(jì)其計(jì)算公式為：

式中：q為單孔出水量，m3/s；c為流量系數(shù)，取0.14；w為鉆孔的斷面積，m2，本次鉆孔孔徑為75 mm；g為重力加速度，取9.8 m/s；h為鉆孔出水口的水頭高度，m。

通過計(jì)算：預(yù)計(jì)鉆探期間單孔最大出水量為78.8 m3/h，最大水壓0.64 MPa。

根據(jù)一采區(qū)下山軌回3#聯(lián)絡(luò)巷BSJ4 孔觀測數(shù)據(jù)，分析底板三灰水水壓0.1 MPa；根據(jù)一采區(qū)軌道下山BSJ2 孔觀測數(shù)據(jù)，分析煤層頂板下石盒子組砂巖水水壓0.64 MPa；工程施工期間，預(yù)計(jì)單孔最大出水量為78.8 m3/h，最大水壓0.64 MPa。按最大出水量的1.5 倍完善排水系統(tǒng)。

硐室南側(cè)挖設(shè)沉淀池及泵窩（規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)1.5 m×1 m×1.2 m），排水泵窩內(nèi)安裝BQW200-25-25型潛水泵兩臺，一路Φ108 mm 排水管排至880#排水點(diǎn)。開鉆前，必須確保排水系統(tǒng)排水能力達(dá)到單孔最大出水量的1.5 倍。

8 實(shí)際施工參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)的對比分析

如果在現(xiàn)在的條件下采用原來的鉆孔設(shè)計(jì)方案，其鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 先前鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表

表1 和表2 對比可見，鉆孔數(shù)量減少一半，施工鉆孔長度減少545 m。

9 施工安全方面

開孔前認(rèn)真檢查施工地點(diǎn)是否安全，頂、幫有無破碎及片幫。只有確認(rèn)安全之后，方可施工。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工，用儀器對鉆機(jī)方位、角度進(jìn)行校對，鉆機(jī)調(diào)好方位、角度后不準(zhǔn)再移動，鉆機(jī)固定牢固，以防止鉆孔偏斜。開機(jī)前，要仔細(xì)檢查所有電氣設(shè)備及電纜有無漏電失爆現(xiàn)象，若發(fā)現(xiàn)問題，要及時進(jìn)行處理。開鉆前，要先試車3～5 min，確認(rèn)無問題時，方可開鉆。在施工過程中，操作人員必須精力集中，隨時注意孔內(nèi)變化情況，發(fā)現(xiàn)問題立即停鉆進(jìn)行處理，在上下鉆桿時，要互相照應(yīng)好，以防發(fā)生意外事故。施工中套管要安設(shè)牢固，封堵嚴(yán)密，孔口安設(shè)閥門，打壓合格，以便打鉆過程中出現(xiàn)氣體異常涌出時可迅速關(guān)閉閥門。施工鉆孔時，人員嚴(yán)禁站在孔口正后方操作，防止鉆桿頂出傷人。

上、卸鉆具的過程中，嚴(yán)禁立軸轉(zhuǎn)動。啟閉開關(guān)時，注意力要集中，做到手不離按鈕，眼不離鉆機(jī)，隨時觀察和聽從司機(jī)命令，準(zhǔn)確、及時、迅速地啟動和關(guān)閉開關(guān)。鉆進(jìn)時不得緊靠鉆機(jī)活動范圍內(nèi)，防止高壓水將鉆具頂出傷人。給壓均勻，根據(jù)孔內(nèi)情況調(diào)整壓力。嚴(yán)格執(zhí)行“先停機(jī)，后停水；先開水，后開機(jī)”的操作順序。

10 施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

工程設(shè)計(jì)5 個鉆孔，設(shè)計(jì)孔深465 m（實(shí)際施工480 m），施工工期為15 d。施工結(jié)束后經(jīng)過近一個月的疏放，累計(jì)探放水約9200 m3，單孔最大出水量降為1.7 m3/h，最大水壓0.01 MPa。地測科工程技術(shù)人員根據(jù)一采區(qū)以往鉆探情況估算，鉆探范圍內(nèi)積水基本疏干。

通過這次探放水實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)了由于趕工期，鉆速太快、鉆屑排出阻力大、冷卻效果降低導(dǎo)致鉆頭溫度偏高，鉆頭磨損偏重，而且在3 煤砂巖層中由于巖層較硬、地應(yīng)力較大偶爾卡鉆，同時鉆孔比正常施工容易產(chǎn)生角度偏差。另外探放水鉆孔少，也會使單孔最大出水量和最大水壓相對增加，疏水時間增加。由于人員頻繁上下、大件物料較多導(dǎo)致平臺時有失穩(wěn)，應(yīng)及時修復(fù)和加固。但是本次實(shí)踐實(shí)現(xiàn)了探放水的目標(biāo)，同時顯著降低了施工成本，又為今后探放水積累了經(jīng)驗(yàn)。為了解決上述問題還要通過不斷實(shí)踐，在保證安全和效益的基礎(chǔ)上逐步確定最合理的孔距、鉆進(jìn)速度和鉆孔深度。