邢佳佳

（山西焦煤山煤國(guó)際韓家洼煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

1 22403回風(fēng)順槽概況

山西焦煤山煤國(guó)際韓家洼煤業(yè)有限公司22403回風(fēng)順槽位于井田三水平西盤區(qū)，巷道東部為西盤區(qū)回風(fēng)巷，西部為未開采區(qū)域，北部、南部為2008年12月兼并重組前遺留的舊巷。

22403回風(fēng)順槽主要擔(dān)負(fù)著工作面回風(fēng)任務(wù)，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為790 m，巷道掘進(jìn)斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進(jìn)煤層為22號(hào)煤層，煤層特性情況如表1所示。

表1 22號(hào)煤層特性情況

22403回風(fēng)順槽采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截止目前巷道已掘進(jìn)210 m，通過(guò)地面物探以及鉆探發(fā)現(xiàn)，在22403回風(fēng)順槽上覆50 m范圍內(nèi)存在積水異常區(qū)，經(jīng)查明為裂隙含水層，預(yù)計(jì)總積水量為3 587 m3，積水區(qū)主要集中在620～740 m段，巷道掘進(jìn)前期主要采用超前鉆探方式水害排查，但是通過(guò)實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，達(dá)不到預(yù)期防治水效果[1]。

2 巷道掘進(jìn)前期探放水工藝及問(wèn)題分析

2.1 掘進(jìn)前期探放水工藝

1）工作面掘進(jìn)前期主要采用布置超前鉆孔進(jìn)行探放水施工，工作面布置5個(gè)鉆孔，鉆孔開口位置布置在距頂板1.5 m處煤壁上，鉆孔深度為100 m，仰角為45°，鉆孔布置間距為1.0 m。

2）鉆孔擴(kuò)孔深度為11 m，擴(kuò)孔段鉆孔直徑為130 mm，鉆孔擴(kuò)孔后對(duì)孔口段安裝孔口管，并采用膨脹水泥進(jìn)行封孔處理，鉆孔封孔完成后再繼續(xù)對(duì)鉆孔進(jìn)行施工。

3）當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)至積水區(qū)時(shí)及時(shí)在孔口管外端安裝控制閥門、壓力表以及防水管路，鉆孔放水完成后及時(shí)對(duì)鉆孔進(jìn)行封堵。

2.2 問(wèn)題分析

1）鉆孔施工工程量大：傳統(tǒng)傳統(tǒng)超前鉆探時(shí)，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置5個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔深度為100 m，鉆孔總施工長(zhǎng)度為500 m，巷道每掘進(jìn)70 m需布置一個(gè)鉆場(chǎng)，共計(jì)10個(gè)鉆場(chǎng)，鉆孔總數(shù)量為50個(gè)，鉆孔總施工長(zhǎng)度為5 000 m，鉆孔施工工程量大、周期長(zhǎng)，且施工時(shí)成本費(fèi)用高。

2）探放水效果差：傳統(tǒng)鉆水鉆孔施工時(shí)，鉆孔無(wú)法根據(jù)要求進(jìn)行拐彎，對(duì)局部積水區(qū)，超前鉆孔無(wú)法實(shí)現(xiàn)探放，鉆孔放水效果差，而且傳統(tǒng)鉆孔主要采用膨脹水泥進(jìn)行封孔施工，對(duì)于積水量小、水壓小的積水區(qū)膨脹水泥可滿足放水需求，但是對(duì)于積水量大且水壓大的區(qū)域放水時(shí)，膨脹水泥固結(jié)效果差，在水壓作用下，孔口管很容易出現(xiàn)射管現(xiàn)象。

3）對(duì)巷道掘進(jìn)影響大：在進(jìn)行探放水施工時(shí)巷道必須停產(chǎn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，每個(gè)鉆孔施工時(shí)長(zhǎng)為3 h，鉆孔施工總時(shí)長(zhǎng)為15 h，每次進(jìn)行探放水施工影響巷道掘進(jìn)時(shí)間為24 h，進(jìn)行10次探放水施工影響巷道總時(shí)長(zhǎng)為10 d，嚴(yán)重制約著巷道安全快速掘進(jìn)。

3 定向鉆探技術(shù)應(yīng)用

3.1 定向鉆探技術(shù)原理

定向鉆探技術(shù)主要指采用千米專用鉆機(jī)進(jìn)行積水區(qū)鉆孔定向施工，鉆孔在施工過(guò)程中利用鉆機(jī)螺桿馬達(dá)提供動(dòng)力，控制螺旋桿旋轉(zhuǎn)，在鉆探期間可通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺旋桿彎角實(shí)現(xiàn)鉆孔拐彎施工，同時(shí)在鉆孔施工期間利用鉆機(jī)隨鉆的測(cè)量系統(tǒng)對(duì)鉆孔施工進(jìn)度、軌跡、方位角進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，從而保證鉆孔按指定方向進(jìn)行鉆進(jìn)[2-3]。

3.2 鉆探設(shè)備選取

22403回風(fēng)順槽定向鉆孔施工時(shí)鉆進(jìn)型號(hào)為ZDY4000LD，千米鉆機(jī)配套設(shè)備主要包括泥漿泵、通纜鉆桿、弧形鉆頭、隨鉆測(cè)量系統(tǒng)等，其中泥漿泵型號(hào)為FMC260型，鉆桿直徑為89 mm，鉆頭直徑為98 mm，隨鉆測(cè)量系統(tǒng)型號(hào)為YHD2-1000，具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 定向鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.3 鉆孔布置參數(shù)

1）根據(jù)22403回風(fēng)順槽鉆探資料顯示，上覆積水區(qū)與巷道垂高在40～50 m范圍內(nèi)，巷道直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，基本頂主要以砂質(zhì)泥巖為主，巖體裂隙發(fā)育，為了防止巷道掘進(jìn)期間出現(xiàn)頂板透水事故，決定在巷道210 m處布置鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)內(nèi)布置4個(gè)鉆孔，鉆孔編號(hào)為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)，鉆孔設(shè)計(jì)深度為350 m，如圖1所示。

圖1 定向鉆孔軌跡示意圖

2）鉆孔開口位置距頂板間距為1.2 m，鉆孔間距為1.5 m，鉆孔前200 m以6°仰角進(jìn)行施工，當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)200 m后逐漸降低鉆孔角度，當(dāng)鉆孔鉆至積水區(qū)時(shí)鉆孔仰角變?yōu)?°，鉆孔鉆進(jìn)期間利用隨鉆系統(tǒng)隨時(shí)觀察鉆孔鉆進(jìn)情況，發(fā)現(xiàn)鉆孔偏離設(shè)計(jì)軌跡時(shí)及時(shí)調(diào)整鉆孔方位角[4-5]。

3）22403回風(fēng)順槽施工的定向鉆孔采用變徑的方式進(jìn)行封孔施工，鉆孔擴(kuò)孔深度為18 m，首先采用導(dǎo)向鉆頭進(jìn)行施工，施工深度達(dá)18 m后采用擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行施工，擴(kuò)孔段直徑分別為133 mm和153 mm，鉆孔變徑擴(kuò)孔到位后對(duì)擴(kuò)孔段安裝直徑為127 mm孔口管，每節(jié)孔口管長(zhǎng)度為3.0 m，共計(jì)安裝6根，孔口管安裝到位后采用油井水泥進(jìn)行封孔處理，同時(shí)對(duì)封孔段采用注水耐壓試驗(yàn)，如圖2所示。

圖2 鉆孔變徑法封孔平面示意圖

4）采用定向鉆探技術(shù)必須注意以下事項(xiàng)：鉆孔施工前必須對(duì)鉆場(chǎng)間加固，當(dāng)鉆孔壁圍巖破碎嚴(yán)重時(shí)需煤壁采取注漿加固，在鉆場(chǎng)附近必須施工臨時(shí)水倉(cāng)并安裝配套設(shè)施；鉆孔施工時(shí)必須由防治水專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，鉆孔開口位置、鉆孔深度、傾角等參數(shù)必須符合設(shè)計(jì)要求；鉆孔施工過(guò)程中應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量鉆孔鉆進(jìn)深度以及煤巖性，施工期間若發(fā)現(xiàn)頂鉆現(xiàn)象時(shí)應(yīng)立即停止鉆機(jī)，但不得拔出鉆桿。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)22403回風(fēng)順槽傳統(tǒng)探放水施工設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，采取定向鉆探技術(shù)后，實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，取得了以下顯著成效：

1）減少了鉆孔施工工程量：22406回風(fēng)順槽采用定向鉆探技術(shù)后，整條巷道僅需施工4個(gè)鉆孔即可，鉆孔總長(zhǎng)度為1 400 m，與傳統(tǒng)超前鉆探相比，鉆孔施工工程量減少了3 000 m，由原來(lái)的10個(gè)鉆場(chǎng)減少為1個(gè)鉆場(chǎng)，鉆孔施工周期縮短了5 d，降低了鉆孔施工時(shí)勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，以及鉆孔施工成本費(fèi)用。

2）加快了巷道掘進(jìn)速度：采用傳統(tǒng)超前鉆探時(shí)，每次鉆孔施工影響巷道掘進(jìn)時(shí)間達(dá)24 h，巷道平均掘進(jìn)速度不足6 m/d，而采用定向鉆探技術(shù)后，只需進(jìn)行一次鉆探即可，而且鉆孔施工數(shù)量少，從而降低了對(duì)巷道掘進(jìn)影響，巷道掘進(jìn)速度提高至8.5 m/d。

3）探放水效果好：22403回風(fēng)順槽采用定向鉆探技術(shù)后，4個(gè)鉆孔共計(jì)放水量為3 566 m3，于預(yù)計(jì)積水量基本相符，巷道在后期掘進(jìn)過(guò)程中局部出現(xiàn)頂板淋水現(xiàn)象，但最大淋水量不足0.5 m3/h，對(duì)巷道掘進(jìn)影響不大，基本消除上覆含水層水害影響，保證巷道安全掘進(jìn)。