沿空下山掘进巷井下探放水技术实践

李扬

（潞安环保能源开发股份有限公司五阳煤矿，山西 长治 046200）

防治水是矿井水害隐患治理的一项重要工作，其中井下老空水探放是井下水害治理中的一项重要工作，探放水工作的实施效果直接影响矿井的安全生产和采掘计划的正常衔接。五阳矿井田范围内主采煤层为山西组的3#煤。随着五阳矿井田范围内3#煤煤炭资源不断开采，现有井田范围内的煤炭资源濒临枯竭，为确保矿井生产的接替正常，将在井田范围内深挖边角工作面开采潜力，因此采掘活动受周围老空区积水水害的威胁越来越大［1］。

五阳矿在矿井75采区南部边角区域圈定工作面，对边角区域的煤柱进行回收，需重新在此区域布设下山巷道，沿空掘进面临沿采空区掘进的问题，需调整常规探放水施工设计，有针对性地对巷道探放水方式进行改进。

1 76.2#区段2#总回风巷概况

76.2#区段2#总回风巷设计总长度为1 162.3 m，巷道标高为+549.5～+613.5 m。该巷东部为75A1运输巷出煤巷，西部为75A1放水巷，南部为75A1采空区，北部为75A2采空区。在75A1采空区和75A2采空区之间煤柱内布置沿空掘进76.2#区段2#总回风巷，沿空掘进区域巷道长度为638 m，巷道采用树脂加长锚固强力锚杆锚索组合支护系统（支护参数如表1所示），宽5.3 m，高4.15 m。76.2#区段2#总回风巷有完善的压风、供水、排水系统，具备钻探施工条件（平面如图1所示）。

图1 76.2#区段2#总回风巷平面位置

2 采空区积水情况

采空区积水主要来自3#煤层顶板Ⅶ号砂岩含水层的水通过采动裂缝进入采空区。76.2#区段2#总回风巷掘进过程中位于75A1采空区与75A2采空区之间，由于75A1和75A2工作面为仰采，且尾部均留设放水巷，75A1采空区与75A2采空区内积水均可通过放水巷自流至75-3#皮带巷内，但因采空区年代久远，放水孔可能存在不通畅或孔内淤堵导致采空区内局部存在积水［2］。76.2#区段2#总回风巷两侧老空区积水情况如表2所示。

表1 76.2#区段2#总回风巷支护参数

表2 76.2#区段2#总回风巷两侧老空区积水情况

3 地质概况

76.2#区段2#总回风巷掘进区域煤层赋存稳定，平均厚度为6.41 m。巷道掘进对象主要为山西组中下部的泥岩及砂质泥岩和3#煤层，掘进区域煤层倾角为-7°～+7°，平均-4°。

根据三维地震勘探及相邻巷道掘进资料分析，76.2#区段2#总回风巷掘进区域无较大断层和其他地质构造。

两侧采空区与地表河流无水力联系，不受地表水影响。

4 探放水方案设计

4.1 钻探目的

探查、疏放巷道掘进区域两侧采空区积水，消除76.2#区段2#总回风巷掘进区域老空水的威胁。

4.2 钻孔设计参数

76.2#区段2#总回风巷探放水钻孔详细参数如表3所示。

76.2#区段2#总回风巷在煤层顶板上方2 m顺层掘进期间在工作面施工6个孔，5#（6#）钻孔分别钻探至两侧采空区内，钻探后对孔内水位、水压进行测定。

表3 76.2#区段2#总回风巷探放水钻孔参数

在探明采空区内无积水后，按照留设超前距离30 m，掘进前方控制帮距20 m进行掘进；若采空区内有积水，根据探测结果标定采空区积水水位，按照《煤矿防治水细则》第八十二条规定：沿空掘进的下山巷道超前疏放相邻采空区积水的，在查明采空区积水范围、积水标高等情况后，可以实行限压（水压小于0.01 MPa）循环放水［3］。

在原探放水的基础上，定期观测5#、6#钻孔涌水情况，巷道标高每下降1 m，工作面垂直左右两帮各钻探至采空区内，确保钻孔无涌水流出，方可继续掘进（钻孔布置如图2所示）。

图2 钻孔布置平面

4.3 钻孔孔口技术参数

（1）孔口最大承压值计算：（取首次探放水孔口承压值）

积水区域最高点标高：+614 m，探放水钻孔最低点标高：+610 m。

孔口最大承压：

（ρ取1.0 g/cm3，g取10 m/s2，H为积水区域最高点标高到探水孔最低点孔口垂直高度）

根据《煤矿防治水细则》要求，工作面积水范围清楚，经计算孔口最大承压值为0.04 MPa。因此，首次钻探止水套管长度取10 m符合施工要求。

（2）钻孔质量标准：钻孔倾角误差为±0.5°；钻孔方位误差为±1°；钻孔高度误差为±100 mm；钻孔排距误差为±100 mm。

4.4 钻孔结构

钻孔使用ϕ133 mm钻头开孔，钻进11 m后冲孔，下入直径ϕ108 mm的套管10 m，注水泥浆加固，固管时间不小于48 h，并作不小于0.5 h的耐压试验，试验压力大于3.0 MPa，孔口管牢固不动，周围没有渗漏水现象，则说明合乎要求，否则重新注浆加固。

4.5 钻机型号及主要参数

钻机采用ZY-2300全液压坑道钻机，钻杆：ϕ63 mm×1.5 m，钻头：ϕ75 mm（详细参数）。

表4 ZY-2300型全液压坑道钻机参数

5 应用效果

76.2#区段2#总回风巷掘进期间探放水钻孔仅在巷道探至75A2采空区域尾部区域时（第十二循环探放水）存在一处涌水，出水钻孔13-6#涌水量5.0 m3/h，并在24 h内衰减至1.0 m3/h左右，36 h后钻孔不再涌水（此时13-6#钻孔承老空水压为0）。随巷道向前掘进，用长孔控制掘进区域采空区积水情况，短孔跟进循环疏放。该循环右侧施工3个验证短孔，均存在少量出水，涌水量均为1.0 m3/h左右，且在16 h均内不再涌水。巷道疏放75A2采空区积水共计500 m3左右［4］。

通过应用长短探结合的循环近探近放技术实践，76.2#区段2#总回风巷掘进期间未受到两侧老空水害威胁，保障了现场作业人员的人身安全，为煤矿沿空掘进下山巷道提供了探放水新思路、新手段。由于煤炭资源的不断开采，煤矿会面临资源濒临枯竭的情况，边角工作面的资源开采利用情况越发普遍，老空水害威胁越来越大，而长短探结合的循环近探近放技术的应用，在沿空掘进巷道中具有现实的推广意义。