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摘要:店坪煤礦3022巷掘進前期探水鉆孔施工時，因封孔工藝原因，放水時頻繁出現(xiàn)塌孔、孔口管竄動問題。針對此，對原封孔工藝進行了優(yōu)化，提出了“兩堵一注”封孔技術，并利用煤屑量法重新確定封孔長度，確保了封孔質量。實踐表明，煤屑量法確定的3022巷探水鉆孔封孔長度為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量，實踐中鉆孔封孔質量提高了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。

關鍵詞:掘進巷道;探放水施工;封孔工藝優(yōu)化;應用分析

探放水施工過程中鉆孔封孔質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程中，由于施工人員責任心不強、探放水施工設計不合理等［1-5］因素，會導致探水鉆孔封孔長度不足、封孔質量差［6-9］，造成后期探放水施工時出現(xiàn)塌孔、孔口管竄動以及鉆孔壁滲水等現(xiàn)象，嚴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，提高鉆孔封孔質量，對探放水施工安全具有重要意義。以店坪煤礦3022巷為研究對象，分析巷道掘進前期探水鉆孔封孔工藝主要存在的問題并進行合理優(yōu)化，提出了“兩堵一注”封孔技術，基于煤屑量法重新確定了封孔長度。

1工程概述

1．1巷道四鄰關系霍州煤電集團有限責任公司3022巷地表位于閆家山村北部，從東向西依次穿過赤土咀、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，西為實體煤，南與3-3012巷相鄰，北為實體煤。工作面下部為5號煤層實體煤，3號煤層與5號煤層層間距為13～28m。

1．2巷道掘進3022巷擔負著3-302回采工作面的運煤、進風、行人等任務，巷道設計長度為1015m。掘進的3號煤層煤體結構簡單，預計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、煤體結構較穩(wěn)定，含有0～1層夾矸，夾矸多為砂質泥巖。煤層傾角1°～4°下山，屬于近水平煤層。煤層頂板、底板均為砂質泥巖。3022巷掘進煤層巖性特征見表1。

1．3水文地質情況3022巷東與900m水平膠帶巷相通，西為實體煤，南與3-3012巷相鄰，北為實體煤;3-3022巷周邊未開采無采空區(qū)，其掘進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、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，掘進過程中局部頂板出現(xiàn)裂隙淋水。

2巷道探放水設計及問題分析

2．1巷道探放水設計受上覆頂板含水層影響，巷道前期掘進過程中頂板淋水，決定對頂板施工放水鉆孔進行放水，實行有掘必探，探放100m，掘進70m。探放水布孔設計如圖1所示。①巷道每排布置3個頂板鉆孔(編號為1、2、3號鉆孔)，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個探水鉆孔布置在3022巷掘進面煤壁上，鉆孔與底板間距為2．0m，其中1、3號鉆孔分別與進行左幫、右?guī)蛫A角30°;③鉆孔施工深度為10m時停止鉆機，將原導向鉆頭更換為直徑為130mm的擴孔鉆頭，擴孔深度為10m，擴孔段直徑為130mm，擴孔后及時用風管將擴孔段內(nèi)煤泥清理干凈確保封孔質量;④擴孔后及時在鉆孔內(nèi)安裝4節(jié)孔口管，孔口管每節(jié)直徑110mm、長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封孔完成后將擴孔鉆頭更換為直徑75mm的導向鉆頭繼續(xù)鉆孔，鉆孔延伸至積水區(qū)后及時在孔口處安裝閥門、壓力表進行放水施工。

2．2存在問題及原因分析3022巷掘進400m時，布置了4個探水鉆場共計12個鉆孔，鉆孔共計放水量為457m3。前期探放水施工中發(fā)現(xiàn)，上覆含水層實測水壓0．58MPa，放水過程中由于水壓較大頻繁出現(xiàn)孔口管竄動現(xiàn)象，且發(fā)生2起孔口管射管事故，鉆場煤壁滲水嚴重，威脅巷道探放水施工安全。綜合分析出現(xiàn)孔口管竄動、煤壁滲水的主要原因有:①鉆孔封孔質量差。探水鉆孔主要為水泥砂漿封孔，砂漿流動性差、黏結性弱，封孔過程中無法對鉆孔壁裂隙完全填充、封堵;同時砂漿的凝固時間較長導致孔口管黏結效果差［10］，在水壓作用下很容易松動。②封孔長度不足。探水鉆孔封孔長度10m，未對鉆孔孔口處松動煤巖體進行充分封孔，放水過程中水流沿未封孔區(qū)域煤巖體滲出，導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，針對原探放水施工中主要存在的問題，對探水鉆孔封孔工藝進行了優(yōu)化。

3．1封孔長度確定采用煤削量法確定鉆孔封孔長度。鉆孔施工過程中，從孔口至孔底分別經(jīng)過巖體壓力松動區(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，鉆孔在施工過程中由于受松動圍巖影響，不同應力區(qū)圍巖鉆孔施工時產(chǎn)生的煤屑量不同，從而確定鉆孔圍巖“三區(qū)”。在鉆場處施工2個校驗鉆孔，其開口位置與探水鉆孔相同。校驗鉆孔直徑為75mm、孔深30m，與頂板仰角為20°，鉆孔施工過程中準確記錄每鉆進1.0m產(chǎn)生的煤削量。記錄數(shù)據(jù)表明，2個鉆孔在前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)鉆孔壁巖體處于應力區(qū)內(nèi)，煤巖體穩(wěn)定性差，鉆孔施工時受鉆孔擾動影響，產(chǎn)生的煤削量大;6.0～12.0m范圍鉆孔壁圍巖處于應力減弱區(qū)，鉆孔施工時產(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)，鉆孔施工時產(chǎn)生的煤削量穩(wěn)定。因此，鉆孔封孔長度確定為12.5m。

3．2“兩堵一注”封孔工藝為提高鉆孔封孔效果，防止放水過程中因水壓作用導致孔口管竄動現(xiàn)象，對原鉆孔封孔工藝進行了優(yōu)化，采取“兩堵一注”封孔工藝，即對擴孔段鉆孔兩端處進行封堵，使鉆孔中部形成環(huán)形封堵空間，再對此環(huán)形封堵空間進行注漿加固。探水鉆孔“兩堵一注”封孔示意如圖2所示。具體實施步驟為:①采用導向鉆頭進行鉆孔施工，鉆孔施工深度為12．5m，施工到位后換擴孔鉆頭進行擴孔施工，擴孔深度為12m，擴孔到位后及時清理鉆孔煤巖屑。②擴孔后在鉆孔內(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;封孔完成后對封孔處進行高壓注水耐壓試驗，以校驗封孔質量。④鉆孔封孔完成后，將擴孔鉆頭更換為導向鉆頭繼續(xù)鉆孔施工，封孔過程中若發(fā)現(xiàn)孔壁處巖體破碎嚴重，需對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、控制閥用2根錨索固定在鉆孔壁煤巖體上。

4實施效果

基于煤削量法，確定了封孔長度為12.5m，采用“兩堵一注”封孔工藝后，3022巷在后期掘進過程中，布置了6個探水鉆場計18個探水鉆孔，共計放水量755m3，未發(fā)生鉆孔孔口管竄動以及煤壁滲水現(xiàn)象。實踐證明，確定的封孔長度及優(yōu)化的封孔工藝合理有效。

5結語

針對店坪煤礦3022巷掘進前期探水鉆孔施工時出現(xiàn)的問題，基于煤削量法確定了封孔長度為12．5m，采用“兩堵一注”封孔工藝對原探放水施工工藝進行了優(yōu)化。應用表明，合理確定鉆水鉆孔封孔長度及優(yōu)化封孔工藝，可有效消除孔口管竄動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，為類似工程實踐提供了有益借鑒，具有一定的推廣價值。

作者:張端 單位:霍州煤電集團有限責任公司