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摘要:店坪煤礦3022巷掘進(jìn)前期探水鉆孔施工時(shí)，因封孔工藝原因，放水時(shí)頻繁出現(xiàn)塌孔、孔口管竄動(dòng)問(wèn)題。針對(duì)此，對(duì)原封孔工藝進(jìn)行了優(yōu)化，提出了“兩堵一注”封孔技術(shù)，并利用煤屑量法重新確定封孔長(zhǎng)度，確保了封孔質(zhì)量。實(shí)踐表明，煤屑量法確定的3022巷探水鉆孔封孔長(zhǎng)度為12．5m是有效的，能夠保證施工安全;“兩堵一注”封孔工藝能夠有效提高封孔質(zhì)量，實(shí)踐中鉆孔封孔質(zhì)量提高了95%以上，確保了3022巷后期探放水施工安全，再未出現(xiàn)鉆孔塌孔、透水現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞:掘進(jìn)巷道;探放水施工;封孔工藝優(yōu)化;應(yīng)用分析

探放水施工過(guò)程中鉆孔封孔質(zhì)量直接影響探放水效率及施工安全。在煤礦井下探放水施工過(guò)程中，由于施工人員責(zé)任心不強(qiáng)、探放水施工設(shè)計(jì)不合理等［1-5］因素，會(huì)導(dǎo)致探水鉆孔封孔長(zhǎng)度不足、封孔質(zhì)量差［6-9］，造成后期探放水施工時(shí)出現(xiàn)塌孔、孔口管竄動(dòng)以及鉆孔壁滲水等現(xiàn)象，嚴(yán)重制約著探放水施工效率及施工安全。因此，合理優(yōu)化鉆孔封孔工藝，提高鉆孔封孔質(zhì)量，對(duì)探放水施工安全具有重要意義。以店坪煤礦3022巷為研究對(duì)象，分析巷道掘進(jìn)前期探水鉆孔封孔工藝主要存在的問(wèn)題并進(jìn)行合理優(yōu)化，提出了“兩堵一注”封孔技術(shù)，基于煤屑量法重新確定了封孔長(zhǎng)度。

1工程概述

1．1巷道四鄰關(guān)系霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司3022巷地表位于閆家山村北部，從東向西依次穿過(guò)赤土咀、柏林墕圪梁、閆家溝、徒優(yōu)條垅、南咀溝。徒優(yōu)條垅附近有少量耕地，屬丘陵梯田，其余為坡地。工作面位于－900m水平三采區(qū)中部，東與－900m水平膠帶巷相通，西為實(shí)體煤，南與3-3012巷相鄰，北為實(shí)體煤。工作面下部為5號(hào)煤層實(shí)體煤，3號(hào)煤層與5號(hào)煤層層間距為13～28m。

1．2巷道掘進(jìn)3022巷擔(dān)負(fù)著3-302回采工作面的運(yùn)煤、進(jìn)風(fēng)、行人等任務(wù)，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1015m。掘進(jìn)的3號(hào)煤層煤體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，預(yù)計(jì)工作面揭露煤層厚度為1.30～1.85m，平均厚度1.53m。工作面范圍內(nèi)煤層、煤體結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，含有0～1層夾矸，夾矸多為砂質(zhì)泥巖。煤層傾角1°～4°下山，屬于近水平煤層。煤層頂板、底板均為砂質(zhì)泥巖。3022巷掘進(jìn)煤層巖性特征見(jiàn)表1。

1．3水文地質(zhì)情況3022巷東與900m水平膠帶巷相通，西為實(shí)體煤，南與3-3012巷相鄰，北為實(shí)體煤;3-3022巷周邊未開(kāi)采無(wú)采空區(qū)，其掘進(jìn)期間不受周邊采空區(qū)影響。3022巷頂板方向主要含水層為二疊系山西組砂巖裂隙含水層，以細(xì)、中、粗砂巖為主，平均厚度為22.97m，單位涌水量為0.00014～0.04700L/s·m，滲透系數(shù)為0.1591～0.2042m/d，水位+1060.20～+1062.66m。該含水層屬于中等富水性，水質(zhì)為HCO3·SO4-Ca·Mg型，礦化度0.7378g/L，積水水壓為0.5～0.7MPa，與巷道垂直層間距32m，掘進(jìn)過(guò)程中局部頂板出現(xiàn)裂隙淋水。

2巷道探放水設(shè)計(jì)及問(wèn)題分析

2．1巷道探放水設(shè)計(jì)受上覆頂板含水層影響，巷道前期掘進(jìn)過(guò)程中頂板淋水，決定對(duì)頂板施工放水鉆孔進(jìn)行放水，實(shí)行有掘必探，探放100m，掘進(jìn)70m。探放水布孔設(shè)計(jì)如圖1所示。①巷道每排布置3個(gè)頂板鉆孔(編號(hào)為1、2、3號(hào)鉆孔)，鉆孔間距為1．5m，鉆孔深度為100m，鉆孔直徑為75mm，鉆孔與頂板仰角為20°;②3個(gè)探水鉆孔布置在3022巷掘進(jìn)面煤壁上，鉆孔與底板間距為2．0m，其中1、3號(hào)鉆孔分別與進(jìn)行左幫、右?guī)蛫A角30°;③鉆孔施工深度為10m時(shí)停止鉆機(jī)，將原導(dǎo)向鉆頭更換為直徑為130mm的擴(kuò)孔鉆頭，擴(kuò)孔深度為10m，擴(kuò)孔段直徑為130mm，擴(kuò)孔后及時(shí)用風(fēng)管將擴(kuò)孔段內(nèi)煤泥清理干凈確保封孔質(zhì)量;④擴(kuò)孔后及時(shí)在鉆孔內(nèi)安裝4節(jié)孔口管，孔口管每節(jié)直徑110mm、長(zhǎng)3．0m，安裝到位后用水泥砂漿封堵孔口管與孔壁之間間隙;⑤封孔完成后將擴(kuò)孔鉆頭更換為直徑75mm的導(dǎo)向鉆頭繼續(xù)鉆孔，鉆孔延伸至積水區(qū)后及時(shí)在孔口處安裝閥門(mén)、壓力表進(jìn)行放水施工。

2．2存在問(wèn)題及原因分析3022巷掘進(jìn)400m時(shí)，布置了4個(gè)探水鉆場(chǎng)共計(jì)12個(gè)鉆孔，鉆孔共計(jì)放水量為457m3。前期探放水施工中發(fā)現(xiàn)，上覆含水層實(shí)測(cè)水壓0．58MPa，放水過(guò)程中由于水壓較大頻繁出現(xiàn)孔口管竄動(dòng)現(xiàn)象，且發(fā)生2起孔口管射管事故，鉆場(chǎng)煤壁滲水嚴(yán)重，威脅巷道探放水施工安全。綜合分析出現(xiàn)孔口管竄動(dòng)、煤壁滲水的主要原因有:①鉆孔封孔質(zhì)量差。探水鉆孔主要為水泥砂漿封孔，砂漿流動(dòng)性差、黏結(jié)性弱，封孔過(guò)程中無(wú)法對(duì)鉆孔壁裂隙完全填充、封堵;同時(shí)砂漿的凝固時(shí)間較長(zhǎng)導(dǎo)致孔口管黏結(jié)效果差［10］，在水壓作用下很容易松動(dòng)。②封孔長(zhǎng)度不足。探水鉆孔封孔長(zhǎng)度10m，未對(duì)鉆孔孔口處松動(dòng)煤巖體進(jìn)行充分封孔，放水過(guò)程中水流沿未封孔區(qū)域煤巖體滲出，導(dǎo)致孔口處煤巖體垮落。

3探水鉆孔封孔工藝優(yōu)化

為保證3022巷后期探放水施工安全，針對(duì)原探放水施工中主要存在的問(wèn)題，對(duì)探水鉆孔封孔工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

3．1封孔長(zhǎng)度確定采用煤削量法確定鉆孔封孔長(zhǎng)度。鉆孔施工過(guò)程中，從孔口至孔底分別經(jīng)過(guò)巖體壓力松動(dòng)區(qū)、巖體壓力減弱區(qū)以及巖體穩(wěn)定區(qū)［11-13］，鉆孔封孔段必須位于巖體穩(wěn)定區(qū)內(nèi)方可保證探放水施工安全，鉆孔在施工過(guò)程中由于受松動(dòng)圍巖影響，不同應(yīng)力區(qū)圍巖鉆孔施工時(shí)產(chǎn)生的煤屑量不同，從而確定鉆孔圍巖“三區(qū)”。在鉆場(chǎng)處施工2個(gè)校驗(yàn)鉆孔，其開(kāi)口位置與探水鉆孔相同。校驗(yàn)鉆孔直徑為75mm、孔深30m，與頂板仰角為20°，鉆孔施工過(guò)程中準(zhǔn)確記錄每鉆進(jìn)1.0m產(chǎn)生的煤削量。記錄數(shù)據(jù)表明，2個(gè)鉆孔在前6.0m平均產(chǎn)生的煤削量為3.4kg/m，6.0～12.0m區(qū)域平均產(chǎn)生的煤屑量為2.7kg/m，12m后鉆孔平均產(chǎn)生的煤屑量為2.1kg/m且區(qū)域穩(wěn)定。分析可知，0～6.0m范圍內(nèi)鉆孔壁巖體處于應(yīng)力區(qū)內(nèi)，煤巖體穩(wěn)定性差，鉆孔施工時(shí)受鉆孔擾動(dòng)影響，產(chǎn)生的煤削量大;6.0～12.0m范圍鉆孔壁圍巖處于應(yīng)力減弱區(qū)，鉆孔施工時(shí)產(chǎn)生的煤屑量逐漸減少;在12.0m后鉆孔圍巖處于穩(wěn)定區(qū)，鉆孔施工時(shí)產(chǎn)生的煤削量穩(wěn)定。因此，鉆孔封孔長(zhǎng)度確定為12.5m。

3．2“兩堵一注”封孔工藝為提高鉆孔封孔效果，防止放水過(guò)程中因水壓作用導(dǎo)致孔口管竄動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)原鉆孔封孔工藝進(jìn)行了優(yōu)化，采取“兩堵一注”封孔工藝，即對(duì)擴(kuò)孔段鉆孔兩端處進(jìn)行封堵，使鉆孔中部形成環(huán)形封堵空間，再對(duì)此環(huán)形封堵空間進(jìn)行注漿加固。探水鉆孔“兩堵一注”封孔示意如圖2所示。具體實(shí)施步驟為:①采用導(dǎo)向鉆頭進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔施工深度為12．5m，施工到位后換擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔深度為12m，擴(kuò)孔到位后及時(shí)清理鉆孔煤巖屑。②擴(kuò)孔后在鉆孔內(nèi)安裝3根孔口管(底部孔口管必須安裝到位)，孔口管與鉆孔壁之間安裝1根直徑為12mm的注漿小管，在孔口以里0．5m范圍內(nèi)采用膨脹水泥進(jìn)行封堵。③待膨脹水泥完全凝固后，將注漿小管與專用注漿泵連接進(jìn)行高壓注漿施工，注漿壓力為3．0MPa，注漿液采用聚氨酯漿液;封孔完成后對(duì)封孔處進(jìn)行高壓注水耐壓試驗(yàn)，以校驗(yàn)封孔質(zhì)量。④鉆孔封孔完成后，將擴(kuò)孔鉆頭更換為導(dǎo)向鉆頭繼續(xù)鉆孔施工，封孔過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)孔壁處巖體破碎嚴(yán)重，需對(duì)孔壁巖體采用注漿加固;為保證探放水施工安全，孔口安裝的法蘭盤(pán)、控制閥用2根錨索固定在鉆孔壁煤巖體上。

4實(shí)施效果

基于煤削量法，確定了封孔長(zhǎng)度為12.5m，采用“兩堵一注”封孔工藝后，3022巷在后期掘進(jìn)過(guò)程中，布置了6個(gè)探水鉆場(chǎng)計(jì)18個(gè)探水鉆孔，共計(jì)放水量755m3，未發(fā)生鉆孔孔口管竄動(dòng)以及煤壁滲水現(xiàn)象。實(shí)踐證明，確定的封孔長(zhǎng)度及優(yōu)化的封孔工藝合理有效。

5結(jié)語(yǔ)

針對(duì)店坪煤礦3022巷掘進(jìn)前期探水鉆孔施工時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，基于煤削量法確定了封孔長(zhǎng)度為12．5m，采用“兩堵一注”封孔工藝對(duì)原探放水施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化。應(yīng)用表明，合理確定鉆水鉆孔封孔長(zhǎng)度及優(yōu)化封孔工藝，可有效消除孔口管竄動(dòng)等不利用探放水鉆孔施工和安全的隱患，提高了施工效率，保證了施工安全，為類似工程實(shí)踐提供了有益借鑒，具有一定的推廣價(jià)值。

作者:張端 單位:霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司