張武龍

（山西晉能控股煤業(yè)集團(tuán)古書(shū)院礦，山西 晉城 048000）

1 礦井概況

山西晉煤集團(tuán)翼城晟泰青洼煤業(yè)有限公司，批準(zhǔn)開(kāi)采2-9#煤層，生產(chǎn)規(guī)模0.60 Mt/a，井田面積3.909 6 km2，批采標(biāo)高+1 119.98～+829.97 m。全井田設(shè)置兩個(gè)水平，一水平設(shè)在2 號(hào)煤層，水平標(biāo)高+1 085 m，開(kāi)采2、3 號(hào)煤層；二水平設(shè)在9 號(hào)煤層，水平標(biāo)高+985 m，開(kāi)采9 號(hào)煤層。根據(jù)開(kāi)拓布置情況，一水平2 號(hào)煤層劃分為三個(gè)采區(qū)。3 號(hào)煤層劃分為兩個(gè)采區(qū)。二水平9 號(hào)煤層劃分為兩個(gè)采區(qū)，9 號(hào)煤層大巷北部劃分為一采區(qū)，南部劃分為二采區(qū)。3 號(hào)煤與2 號(hào)煤層間距為9.11 m；采用下行式開(kāi)采順序，先采2 號(hào)煤上分層，然后開(kāi)采2 號(hào)煤下分層，最后開(kāi)采3 號(hào)煤層。2206 綜放工作面位于井田一水平二采區(qū)，總體呈一單斜構(gòu)造，煤層傾角3°～7°，平均5°左右。22061 巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度413 m，寬5.2 m，高2.9 m，巷道沿頂板掘進(jìn)，采用一次成巷，錨網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)，并進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)的支護(hù)方式。工作面22061 巷末端處較高，底板標(biāo)高為+1 000.7 m；開(kāi)口處較低，底板標(biāo)高為+972 m，高差28.7 m 左右。該面涌水主要來(lái)源于K8砂巖裂隙含水層。K8砂巖含水層距2 號(hào)煤頂板約16 m。根據(jù)水文孔抽水試驗(yàn)及礦井已采面情況，該含水層弱富水，表現(xiàn)以淋水為主，對(duì)巷道掘進(jìn)影響??； 礦井奧灰水水位標(biāo)高為+891～+894 m，22061 巷最低點(diǎn)標(biāo)高為+972 m，處于奧灰水不帶壓區(qū)域，水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單。22061 巷掘進(jìn)時(shí)正常涌水量約5～10 m3/h，最大涌水量約20 m3/h左右。但22061 巷西北部為被整合的原青洼煤業(yè)一采區(qū)采空區(qū)，整合后在主要軌道運(yùn)輸巷施工了探測(cè)原采空區(qū)鉆孔，未出水；22061 巷東部為工作面內(nèi)部；22061 巷北為二采區(qū)膠帶巷（已掘）；22061巷南部為2207 工作面。

結(jié)合現(xiàn)有水文地質(zhì)資料分析，原青洼煤業(yè)一采區(qū)采空區(qū)呈現(xiàn)南高北低態(tài)勢(shì)，最北側(cè)2105 工作面回采前已向采空區(qū)方向施工放水鉆孔，水量較小。目前21051 巷密閉為一采區(qū)東翼最低點(diǎn)，該密閉無(wú)水涌出，且主要軌道巷前期在距底板1 m 左右施工探采空區(qū)鉆孔，也未不出水。分析原青洼煤業(yè)一采區(qū)采空區(qū)無(wú)大面積積水，但在其低洼處可能存在少量積水，施工期間最大單孔出水量為30 m3/h。

2 設(shè)計(jì)及施工情況

2.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)

（1）探測(cè)位置及鉆孔參數(shù)

為探清采空區(qū)范圍，采用ZDY6000LD 全液壓鉆機(jī)向采空區(qū)進(jìn)行打孔探測(cè)。

鉆場(chǎng)位于22061 巷回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷距開(kāi)口處2.6 m，開(kāi)孔傾角為+4°，開(kāi)孔方位240°，目標(biāo)方位228°。鉆孔分為1 個(gè)主孔，2 個(gè)分支孔，主孔長(zhǎng)438 m（以見(jiàn)采空區(qū)為準(zhǔn)）。在主孔孔深168 m 附近預(yù)留開(kāi)分支節(jié)點(diǎn)開(kāi)一號(hào)分支，長(zhǎng)度192 m（以見(jiàn)采空區(qū)為準(zhǔn)）； 在主孔孔深24 m 附近預(yù)留開(kāi)分支節(jié)點(diǎn)開(kāi)二號(hào)分支，長(zhǎng)度228 m（以見(jiàn)采空區(qū)為準(zhǔn)）。預(yù)計(jì)總進(jìn)尺858 m，如表1、圖1 所示。

（2）鉆孔工藝

定向鉆孔開(kāi)孔高度距巷道底板1.5 m，在2 號(hào)煤層內(nèi)開(kāi)孔，采用φ193 mm 開(kāi)孔鉆頭鉆進(jìn)至10.5 m后，下設(shè)10 m 的φ160 mm 孔口管護(hù)孔，隨后水泥漿固管，鉆孔結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 鉆孔結(jié)構(gòu)(單位/mm)

綜合考慮《煤礦防治水細(xì)則》相關(guān)規(guī)定，止水套管長(zhǎng)度10 m，止水套管外徑φ160 mm，內(nèi)徑φ150 mm，使用注漿泵注漿加固注漿后凝固24h，然后掃孔進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力1.5 MPa，持續(xù)時(shí)間不少于30 min，注漿及試壓使用鉆機(jī)水泵進(jìn)行作業(yè)。在鉆場(chǎng)附近10 m 范圍內(nèi)施工沉淀池。

2.2 鉆探設(shè)備及材料

主要鉆探設(shè)備:ZYL-6000LD 全液壓定向鉆機(jī)主要用于煤礦井下瓦斯抽（排）放、注漿防滅火、煤層注水、防突卸壓、地質(zhì)勘探等各類(lèi)工程定向鉆孔的施工。適用于巖石堅(jiān)固性系數(shù)f≤10 的各種煤層、巖層及礦井巷道定向鉆孔施工。鉆機(jī)可獨(dú)立行走，原地轉(zhuǎn)彎，要求巷道或鉆場(chǎng)高度大于3 m，寬度大于3.5 m，斷面大于10.5 m2。也可用于金屬、非金屬固體礦床勘探的金剛石小口徑鉆進(jìn)，工民建筑、公路、鐵道、橋梁、水壩、國(guó)防建設(shè)等工程地質(zhì)勘察以及水文油氣田的勘探和堤壩注漿等工程。該鉆機(jī)采用新型全方位機(jī)架結(jié)構(gòu)，集成水平方位旋轉(zhuǎn)、上下提升、傾角調(diào)整和縱向橫向錨固，調(diào)斜角度范圍為-30°～+90°，方位角可調(diào)角度范圍0°～360°，可以快速調(diào)節(jié)開(kāi)孔高度和傾角。采用機(jī)架縱向、橫向復(fù)合錨固機(jī)構(gòu)，在進(jìn)行深孔鉆進(jìn)時(shí)，鉆機(jī)的穩(wěn)定性高。該鉆機(jī)主要配套產(chǎn)品有孔底馬達(dá)、礦用隨鉆測(cè)量裝置、定向鉆桿等。

材料：φ160 m×5 mm×1 000 mm 止水套管，配套孔口閘閥及孔口壓力表，水泥及速凝劑。

鉆具組合： 開(kāi)孔：φ193 mm 鉆頭+φ73 mm 通纜鉆桿+φ73 mm 水尾。鉆進(jìn)：φ94 mm 鉆頭+φ76 mm螺桿鉆桿，下無(wú)磁鉆桿+φ76 mm 測(cè)量短節(jié)+φ76 mm，上無(wú)磁鉆桿+φ73 mm 通纜鉆桿+φ73 mm 水尾。

鉆孔結(jié)構(gòu)：井下定向探測(cè)鉆孔在煤層內(nèi)開(kāi)孔，采用φ193 mm 開(kāi)孔鉆頭鉆進(jìn)10.5 m 后，下設(shè)10 m φ160 mm 止水套管護(hù)孔，隨后水泥漿固管。

2.3 22061 巷探測(cè)臨近采空區(qū)鉆孔

設(shè)計(jì)要求，從2022 年3 月2 日開(kāi)始施工22061巷探測(cè)臨近采空區(qū)鉆孔，具體情況如表2 所示。

表2 22061 巷探測(cè)臨近采空區(qū)鉆孔參數(shù)明細(xì)

（1）嚴(yán)格執(zhí)行審定的設(shè)計(jì)、措施、技術(shù)要求和操作規(guī)范；

（2）開(kāi)孔深度及孔徑必須符合設(shè)計(jì)規(guī)定，封孔質(zhì)量要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；

（3）鉆孔終孔必須見(jiàn)空，若未見(jiàn)空則繼續(xù)施工，直到鉆孔見(jiàn)空為止；

（4）接近采空區(qū)時(shí)放慢鉆進(jìn)速度，注意觀(guān)察返水情況，區(qū)分煤巖性；

（5）鉆場(chǎng)附近要配備足夠的堵水材料，一旦鉆孔出水，排水系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足排水需求，要及時(shí)用堵水材料對(duì)鉆孔進(jìn)行封堵，避免水淹巷道，造成設(shè)備損毀；

（6）鉆孔出水后，第一時(shí)間對(duì)出水進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，為判斷出水水源提供依據(jù)；

（7）鉆孔施工完畢退桿后采用注漿的方式將鉆孔進(jìn)行全孔封堵，防止有毒有害氣體涌出。

2.4 鉆孔施工情況

（1）2022 年3 月2 日～3 月17 日，成功施工1#鉆場(chǎng)1#主孔，終孔435 m。其中0～291 m 鉆孔沿煤層施工，292～435 m 鉆孔在煤巖交界線(xiàn)附近頂板巖層內(nèi)施工，終孔見(jiàn)空、少量出水，終孔定向系統(tǒng)測(cè)量垂深35.3 m。

（2）2022 年3 月18 日～3 月20 日，成功施工1#主孔180 m 一級(jí)分支孔，終孔375 m，180～279 m鉆孔沿煤層施工，280～333 m 鉆孔在煤巖交界線(xiàn)附近頂板巖層內(nèi)施工。334～375 m 鉆孔沿煤層施工，終孔見(jiàn)空、未出水，終孔定向系統(tǒng)測(cè)量垂深22.67 m。

（3）2022 年3 月20 日～3 月21 日，成功施工1#主孔45 m 一級(jí)分支孔，終孔225 m。其中45～141 m 鉆孔沿煤層施工，142～225 m 鉆孔在煤巖交界線(xiàn)附近頂板巖層內(nèi)施工。終孔見(jiàn)空、未出水，終孔定向系統(tǒng)測(cè)量垂深14.76 m。

（4）鉆孔具體施工情況如表2、圖3 所示。

圖3 22061 巷探測(cè)臨近采空區(qū)工程鉆孔施工平面

3 22061 巷鉆孔探測(cè)臨近采空區(qū)工程成果

本次定向鉆探工程共施工一個(gè)主孔，兩個(gè)分支孔，三個(gè)鉆孔均在煤層和煤層交界線(xiàn)附近區(qū)域內(nèi)施工，三個(gè)鉆孔終孔均見(jiàn)空，除1#主孔終孔少量出水外，1#分支孔和2#分支孔均未出水。

通過(guò)鉆孔綜合資料分析，采空區(qū)邊界線(xiàn)確定為沿1#主孔435 m （見(jiàn)空）-1#分支孔375 m （見(jiàn)空）-2#分支孔225 m（見(jiàn)空）的一條不規(guī)則曲線(xiàn)，基本確定采空區(qū)范圍。同時(shí)排除了采空區(qū)內(nèi)大面積積水的可能，確定一采區(qū)采空區(qū)積水對(duì)2206 綜放工作面采掘無(wú)影響。

通過(guò)本次22061 巷鉆孔探測(cè)臨近采空區(qū)工程及相鄰巷道地質(zhì)資料綜合分析，推斷1#主孔292 m-1#分支孔280 m -2#主孔分支孔142 m 區(qū)域內(nèi)為上盤(pán)斷煤交線(xiàn)，1#主孔探至終孔435 m 處，1#分支孔探至終孔225 m 處都還位于巖層中，因此無(wú)法確定斷層下盤(pán)斷煤交線(xiàn)。但依然可判定斷層位于此區(qū)域之間，和相鄰F5斷層為同一條斷層，走向?yàn)楸睎|- 西南走向，落差5～12 m，傾角75°左右。預(yù)計(jì)該斷層延伸至22061 巷，巷道掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)注意斷層對(duì)生產(chǎn)銜接的影響。

本次施工圓滿(mǎn)完成了探測(cè)采空區(qū)邊界及積水的任務(wù)，達(dá)到了探測(cè)目的。

4 結(jié)語(yǔ)

本次采用全液壓定向鉆機(jī)施工探測(cè)鉆孔，施工了3 個(gè)定向鉆孔，對(duì)22061 巷探測(cè)臨近采空區(qū)的邊界進(jìn)行了有效圈定，排除了采空區(qū)存在大量積水的可能。由于該區(qū)域地層起伏且斷層較發(fā)育，定向鉆孔施工軌跡均是拋物線(xiàn)型，同時(shí)探測(cè)了一條斷層。在22061 巷掘進(jìn)過(guò)程中需嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探”，以確保采掘安全。由于在22061 巷附近有一條斷層，可能影響巷道掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)到300 m左右時(shí)，應(yīng)提前采取相應(yīng)措施，確保巷道安全掘進(jìn)。

通過(guò)對(duì)22061 巷臨近采空區(qū)的探測(cè)，達(dá)到了預(yù)期的效果，緩解了掘進(jìn)接替和生產(chǎn)被動(dòng)的緊張局面，對(duì)整合礦井的采空區(qū)探測(cè)有較好的參考意義。