沿空掘巷探放水技术优化提升探析

郭成民

(郑煤集团公司，河南 郑州 450000)

0 引言

丰富的煤炭资源为我国提供了较为充足的能源支撑，但是从我国煤炭资源的开采来看，煤矿水源地质较为复杂，导致在煤矿生产的过程中，容易出现较多的矿山水害，特别是采空区内聚积的老空水，对煤矿生产安全性带来较大的威胁。通过采取高质量的探放水技术，使巷道探放水技术得到了优化，较好提升了巷道探放水效果。

1 工程概况

白坪煤业21071上顺槽在设计时，均设计在上阶段开采后的卸压区，留设的煤柱宽度为3～5 m，也就是沿空掘巷，采取这种方式，不仅可有效降低矿山压力对整个煤柱带来的影响，同时也有助于提升煤炭的开采效率，较好克服采掘工作中出现的接替紧张问题。白坪煤业21071掘进工作面采取了探放水工作，在采空区中存有一定量积水，同时，从上区段已采工作面水文地质资分析，采空区积水不但有大量的净储量，而且空区还处于顶部砂岩动态补给的状态，从动水的补给情况来看，补给量在20 m3/h左右，且出水点较为分散。从开采情况来看，如何实现巷道安全开掘是影响巷道开采的重要因素。

2 巷道积水情况分析

白坪煤业21071工作面上部有3个已经开采完成的工作面，且已经开采的工作面在开采的过程中并没有受到采空区水害的威胁，从对已经开采完成的工作面采掘工作来看，采空区内存在较为明显的顶板砂岩动水补给的问题，从现场测算来看，采空区的富水系数在10%，采空区积水量接近3.6万m3，最大的水压接近0.4 MPa。从这些数据可看出，21071工作面在开采的过程中容易受到采空区积水的威胁，特别是老空水出现突出的危险，需要在沿空掘巷的过程中，对巷道探放水技术进行全面的优化与提升，更好保证煤矿采掘的安全性。同时，技术人员对21071掘进工作面周边的地质情况、水文情况及采空区情况进行了全面的调查研究，主要调查的内容不仅有煤层的产状等，还对周边可能导致突水的因素进行了全面系统分析，将采空区中的补给量、积水水头高度等进行了计算分析。这个过程中，还对工作面煤层顶板岩性组合特征进行了分析，圈定出了采空区积水的范围。

3 巷道探放水技术优化提升措施

3.1 探水技术优化提升措施

为最大限度地实现对采空区中积水的探放，在21071工作面掘进的过程中，在上顺槽中设计了14个回次探放水，每个回次探90 m掘进60 m，主要疏放净储量积水，回次范围内存在动水补给时再布置站点疏放动储量积水，在具体施工的过程中，根据现场施工情况对钻孔的个数、方位等进行针对性的调节，主要介绍回次范围的内站点疏放水设计施工情况。

1)对钻孔布置进行全面优化。主要是对局部采空区存在顶板动水补给段进行施工，之后根据煤层倾角的不同，间隔15～20 m，开始施工下个钻孔，等钻孔确认采空区内不受动水威胁后，则可以取消回次内站点探放水工作。

2)钻孔的参数。在每个站的位置，根据动水量补给情况设计钻孔方位2～4个，在每个方位设置钻孔2个左右，主要是根据钻孔所在位置的实际情况进行针对性的调整，在现场设置时，钻孔开口的位置和底板之间的距离控制在1.5 m左右，在整个平面上，钻孔呈扇形布置，钻孔之间的夹角控制在20°，钻孔的倾角根据煤层的倾角进行设置，每个孔终孔原始煤层顶板以上15 m。在进行钻孔的打设时，开孔的直径控制在75 mm，其中需要设置套管，在钻孔终孔之后，直径控制在65 mm左右。每个钻孔的深度控制在30～50 m。

3)选择钻探设备。根据21071工作面的实际地质情况，从白坪煤业当前的钻探设备出发，在确保钻探效果的基础上，本次选择使用150型全液压钻机进行施工，选择使用的钻杆直径为50 mm。

4)技术人员在将直径75 mm的套管下入到其中后，控制长度超过6 m，在必要的情况下，技术人员可以将长套管加入到其中，可设置二级结构，将水闸门装上，也可以在套管上安装厚度较厚的麻线或海带，确保套管全部进入到煤孔之后，与整个煤体可以实现紧密接触，选择使用铁丝在套管口的位置将立柱全部固定好。在钻进的过程中，如果出现了卡钻或者掉钻及其他情况时，钻孔可能出现报废的问题，这种情况下，技术人员应当重新进行钻孔的打设。图1为孔口管安装示意图。

图1 孔口管安装示意图

在成孔的过程中，本次对成孔的工艺进行了针对性的优化，开孔选择直径93 mm钻头进行钻孔，钻进6.5 m后拔出钻杆，将控水阀门、孔口管全部打入到钻孔中之后，再选择使用直径65 mm钻头继续打孔，在成孔了之后，将钻杆全部拔出来，然后将引水管全部套上。选择使用这种方式的主要优势是，可以有效防止由于钻孔出水一段时间后出现塌孔而导致钻杆不能顺畅拔出的问题，或者在将钻杆拔出了之后，放水控制器不能及时打入到其中，导致出现了煤壁坍塌的问题，从而导致在掘进的过程中侧帮涌水乱流冲刷煤壁，造成支架悬空，影响巷道安全掘进。

3.2 放水技术优化提升措施

1)探水施工前检查21071上顺槽排(流)水路线，通过上顺槽临时排水阵地全部排入到21下部水仓中，对于排水的水路，通过设置铁制水槽的方式进行排水，水槽在制作的过程中，应当确保严密性，防止出现漏水的问题。在每次进行探水时，施工人员应当在探水地点之外的5m位置挖一个沉淀池，同时需要安排专人负责对排水沟、沉淀池中的淤泥进行全面的清理。

2)在探放水的过程中，若水流通过巷道时，坡度超过了5°，为保证巷道支护的稳定性，施工人员应当选择使用工字钢和钢丝等对支架采取连锁加固的方式进行加固。对于巷道底部可选择使用编织袋进行铺地施工，在铺地时，应当设置为两边高、中间低的模式。同时，对探放水的水路通过巷道的“丁字口”或者“交叉点”时，技术人员应当对巷底柱窝进行针对性的连锁加固或者浇灌。本次设置的浇灌长度为5 m，厚度设置为20 cm，选择使用刚性连锁的方式进行加固，长度设置为5 m。

3)为了更好地对整个排水系统进行优化，本次在排水的过程中，施工人员开挖了水泵窝。在巷道地势最低的位置，开挖水泵窝，主要便于在放水之后，技术人员可以将水引入到水泵窝中，然后在水泵窝中进行集中排水。本次在排水时，系统包含有2台水泵，排水泵和排水管路均一用一备，通过三通的方式，与排水管线进行连接。

此外，在放水施工的过程中，技术人员钻孔出水流入到井下水仓中，这个过程中，设置了专门维护人员对整个泵房的排水系统工作情况进行全面的维护，确保整个排水设置可正常运行。为了更好地提升整个系统的防水效率，探水孔在打设时，数量可适当增加，若出现了水量变小的问题，技术人员应当将防水控制器关闭，然后开始掘进施工。在掘进距离超过探放水距离10 m后，技术人员应当将防水控制器打开，一边掘进，一边进行放水，在水量下降后，技术人员应当定时选择使用锚索钎子对孔进行捅孔，主要目的是为了将采空区中的积水排干净。在将水全部排干净之后，选择使用黄泥进行封孔施工。

4 结语

通过选择使用上述探放水技术优化措施，在本次探放水的过程中取得了较好的效果，特别是在动水补给条件下如何保证安全掘进，减少对掘进施工的影响较为明显。随着煤炭开采深度的不断提升，全面提升巷道掘进过程中探放水的效果非常关键，在具体施工的过程中，技术人员需要采取针对性的措施，对探放水技术进行不断的优化与提升，从而更好地保证施工的效果，提升探放水的安全性。