王 雁 任培晖 王用维

（山东能源鲁西矿业集团李楼煤业，山东 菏泽 274715）

根据瞬变电磁探测解释成果，1306 胶带顺槽C23 点北67～107 m 范围底板有一相对低阻异常区。按照 “预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的防治水原则，决定在1306 工作面胶带顺槽C23点北35 m 位置施工超前探放水工程，对物探解释的富水异常区超前进行探放水，探查前方FJ45 断层延展发育情况 ，通过顶板钻孔分析煤层顶板二叠系石盒子群砂岩含水层的含水量情况，以确保掘进巷道施工安全。

本次施工的目的包括：（1）对物探解释的富水异常区超前进行探放水，探查前方FJ45 断层延展发育及断层富水情况，分析煤层顶板二叠系石盒子群砂岩含水层的含水量情况。（2）准确判定出水位置，严格记录原始水量、水温、水压。（3）严格记录出水层位及岩性特点。

1 水害类型充水因素分析

1.1 新近系砂层含水层

新近系砂层含水层厚338.20～460.40 m，平均394.72 m，由东向西渐增厚，由粘土、砂质粘土和砂砾层相间沉积组成。该含水层厚度发育不一，有时呈透镜状分布，在露头区附近采掘时，3 煤将受新近系含水层影响。

1.2 二叠系石盒子群砂岩含水层

主要分布于矿井东部，有70 孔揭露，含水层为中、细砂岩，砂岩单层厚度2.70～13.70 m，下距3 煤层顶板平均厚度73 m。目前该含水层有补给水源，为矿井涌水的主要水源。

1.3 3 砂水

3 砂为开采3（3下)煤层的直接充水含水层，主要由深灰、绿灰、灰白色细、中砂岩和粗砂岩组成，对煤层安全开采不会造成大的影响。

1.4 太原组第三层灰岩岩溶裂隙含水层

矿井一采区三灰孔水位标高为-980 m。总体评价三灰以静储量为主，补给性较差，对煤层安全开采影响不大。

2 施工设备及器具

采用ZDY4200LPS 矿用履带式坑道钻机，配备有Φ133 mm、Φ127 mm、Φ75 mm 金刚石复合片钻头，配备有DN100 闸阀、防喷阀、压力表，Φ63.5 mm 钻杆及2ZBQ110/8 煤矿用气动注浆泵等其他配套设备。

3 钻孔设计

以往巷道探放水由于钻孔数量较多，个别钻孔倾角过大，导致钻孔过长，导致施工困难、施工时间较长的情况，为此在此次钻探中对钻孔参数适当调整，钻孔具体参数见表1。

表1 钻孔设计参数表

4 施工方法

钻孔设计为异径结构：一级孔孔径127 mm，埋设Φ108 mm 套管，要求埋设套管长度11 m；二级孔为裸孔，孔径75 mm 施工至终孔。

孔口管的安设固定及钻孔施工。钻孔开孔：使用Φ75 mm 钻具开孔，钻进至15.2 m 后提钻改用Φ127 mm钻具扩孔至孔底，将孔内的岩粉冲洗干净，然后下Φ108 mm 孔口管11 m。

安设孔口管：在正式钻进前，必须先安好孔口管和灵活好用的控制闸阀。首先将孔口管下入孔内，不使滑落。再用水泥与水玻璃的混合物封堵孔口管与孔壁之间的外口空隙。在封堵孔口时，埋设一个小径管，作为放气眼，小径管应高出孔底位置。封堵孔口的水泥与水玻璃的混合物凝固后，再用泥浆泵从孔口管内压入水泥浆，使孔口管与孔壁之间充满水泥浆。开始时从小径管口出气，直到小径管口冒浆，证明已经注满。水泥浆凝固24 h 后，用Φ75 mm 钻具进行扫孔到孔底，安装闸门，再进行压水耐压试验，试验的压力不得小于2 MPa，稳压时间必须至少保持半小时，孔口周围不漏水，孔口管牢固不活动，即为完成孔口管的固定工作。钻进期间孔口安装止水阀门及防喷装置，然后方可用Φ75 mm 钻具进行钻进至终孔。

在孔口两侧施打两根孔口套管固定锚杆，锚杆采用MSGLW-500/22×2500 高强左旋螺纹钢锚杆，每根锚杆采用2 支K2335 树脂药卷进行端头锚固。锚杆施打好后，使用厚度不低于5 mm 铁板制作的拉板固定孔口套管，防止孔口管突然鼓出。

施工地点开孔侧煤（岩）壁3000 mm×3000 mm范围进行锚网加固，锚杆采用MSGLW-500/22×2500高强左旋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为800 mm×800 mm，每根锚杆采用2 支K2335 树脂药卷进行端头锚固，金属网规格为2400 mm×1200 mm。

5 施工平台打设方法

施工前搭设施工平台，打设必须牢固可靠，采用DN50 钢管焊成的两个倒“T”型梯子作为平台架，然后在平台架上面铺设大板或钢筋网作为平台。

当采用大板作为平台时，铺设厚50 mm、长度不小于3000 mm 的大板，大板间隙不大于30 mm，平台大板与梯子（支架顶梁）之间搭接长度均不小于200 mm，且用双股Φ8 mm 尼龙绳捆扎牢固，大板间使用尼龙绳捆牢。

平台高度以满足施工需要为准，平台高度大于1.0 m 时，人员上下平台必须使用专用行人梯，高度高于平台上平面不小于200 mm，与水平成70°～80°夹角斜靠在平台上，人行梯腿必须支在实底且在同一水平上，并用Φ8 mm 尼龙绳将梯子与平台间绑扎牢固。

平台搭设好后，当班班组长必须认真检查平台的牢固情况，确认无安全隐患后方可上平台作业。在平台上施工时，要采用Φ8 mm 尼龙绳在距离平台大板上0.8 m、1.5 m 位置四周各绑扎两道，防止施工人员掉下平台。

对作业平台进行撤除时，首先要将平台上的其他支护材料全部卸下，再将平台大板（钢管）与搭接处的尼龙绳进行撤除，然后将大板逐个进行撤除，最后将架子撤除。

6 施工技术要求

开钻前必须完善排水系统，排水能力达到单孔最大出水量的1.5 倍以上。

所有钻孔必须由测量人员根据设计现场标定探放水钻孔位置，与负责探放水工作的人员共同确定钻孔方位、倾角、深度和钻孔数量。

所有钻孔施工过程中严格进行岩芯判层工作，每钻进1.5 m 至少进行一次岩芯判别，详细记录煤层、岩层的属性特征，对岩芯判层不准的区段，严格进行取芯判层；观测钻孔出水量、水压，严格观察记录各出水点的位置、原始水量、水压及温度。

钻进期间要轻压慢进，保证钻孔精度，按施工顺序施工，钻孔终孔后采用测斜仪进行测斜。

钻探技术要求。埋设一级Φ108 mm 套管，钻孔要求埋设套管长度11 m。正常开钻前，必须首先安装好止水套管、高压防水闸阀、防喷、反压装置，并进行打压试验，试验压力不得少于2 MPa，并且维持30 min 以上，观察周围无新的淋水、出水点，或者周围原来的淋水、出水点无变化。钻孔孔口装置都必须具备随时控制突水、出水的条件。若钻进水量、水压较大、出现片塌等，不得拔出钻杆，立即向上级部门汇报，情况危急要立即组织受水威胁的人员撤离。为防止钻孔倾斜，换层、变层、裂隙等异常区段，必须轻压慢钻，缓慢平稳加减压，严禁压力突高突低。套管段存在出水现象时，要及时提钻注浆，保证套管段无出水点，方可埋设套管。

7 单孔出水量预计和排水系统

单孔出水量预计其计算公式为：

式中：q为单孔出水量，m³/s；c为流量系数，取0.14；w为钻孔的断面积，m2，本次钻孔孔径为75 mm；g为重力加速度，取9.8 m/s；h为钻孔出水口的水头高度，m。

通过计算：预计钻探期间单孔最大出水量为78.8 m³/h，最大水压0.64 MPa。

根据一采区下山轨回3#联络巷BSJ4 孔观测数据，分析底板三灰水水压0.1 MPa；根据一采区轨道下山BSJ2 孔观测数据，分析煤层顶板下石盒子组砂岩水水压0.64 MPa；工程施工期间，预计单孔最大出水量为78.8 m³/h，最大水压0.64 MPa。按最大出水量的1.5 倍完善排水系统。

硐室南侧挖设沉淀池及泵窝（规格标准1.5 m×1 m×1.2 m），排水泵窝内安装BQW200-25-25型潜水泵两台，一路Φ108 mm 排水管排至880#排水点。开钻前，必须确保排水系统排水能力达到单孔最大出水量的1.5 倍。

8 实际施工参数与设计参数的对比分析

如果在现在的条件下采用原来的钻孔设计方案，其钻孔设计参数见表2。

表2 先前钻孔设计参数表

表1 和表2 对比可见，钻孔数量减少一半，施工钻孔长度减少545 m。

9 施工安全方面

开孔前认真检查施工地点是否安全，顶、帮有无破碎及片帮。只有确认安全之后，方可施工。严格按设计要求施工，用仪器对钻机方位、角度进行校对，钻机调好方位、角度后不准再移动，钻机固定牢固，以防止钻孔偏斜。开机前，要仔细检查所有电气设备及电缆有无漏电失爆现象，若发现问题，要及时进行处理。开钻前，要先试车3～5 min，确认无问题时，方可开钻。在施工过程中，操作人员必须精力集中，随时注意孔内变化情况，发现问题立即停钻进行处理，在上下钻杆时，要互相照应好，以防发生意外事故。施工中套管要安设牢固，封堵严密，孔口安设阀门，打压合格，以便打钻过程中出现气体异常涌出时可迅速关闭阀门。施工钻孔时，人员严禁站在孔口正后方操作，防止钻杆顶出伤人。

上、卸钻具的过程中，严禁立轴转动。启闭开关时，注意力要集中，做到手不离按钮，眼不离钻机，随时观察和听从司机命令，准确、及时、迅速地启动和关闭开关。钻进时不得紧靠钻机活动范围内，防止高压水将钻具顶出伤人。给压均匀，根据孔内情况调整压力。严格执行“先停机，后停水；先开水，后开机”的操作顺序。

10 施工经验总结

工程设计5 个钻孔，设计孔深465 m（实际施工480 m），施工工期为15 d。施工结束后经过近一个月的疏放，累计探放水约9200 m³，单孔最大出水量降为1.7 m³/h，最大水压0.01 MPa。地测科工程技术人员根据一采区以往钻探情况估算，钻探范围内积水基本疏干。

通过这次探放水实践，发现了由于赶工期，钻速太快、钻屑排出阻力大、冷却效果降低导致钻头温度偏高，钻头磨损偏重，而且在3 煤砂岩层中由于岩层较硬、地应力较大偶尔卡钻，同时钻孔比正常施工容易产生角度偏差。另外探放水钻孔少，也会使单孔最大出水量和最大水压相对增加，疏水时间增加。由于人员频繁上下、大件物料较多导致平台时有失稳，应及时修复和加固。但是本次实践实现了探放水的目标，同时显著降低了施工成本，又为今后探放水积累了经验。为了解决上述问题还要通过不断实践，在保证安全和效益的基础上逐步确定最合理的孔距、钻进速度和钻孔深度。