郭新红

霍州煤电集团河津腾晖煤业有限责任公司 山西 河津 043300

在矿井生产中，水灾作为常见灾害之一。我国矿井突水事故发生众多，如安徽淮北矿业集团采煤发生突水事故，被困7名人员遇难等，据不完全统计，2010-2019年煤矿共发生140起煤矿水害事故，死亡718人，不仅严重损害了人员人身财产安全，还为矿井造成经济损失。因此，在采区巷道施工中，应当遵循先探后掘的原则，应用综合探放水技术，以确保施工安全性。

一、工程概况

腾晖煤业属于2009年霍州煤电集团兼并重组整合矿井，拥有良好可采煤层，分别为太原组10号煤层与山西组2号煤层，当前对山西组下段上部的2#煤层进行开采，距离上部K8砂岩顶约为17.29m，距离下部10号煤层约43.11-52.18m，平均47.30m，共有4.88－7.47m煤层厚度，平均6.20m，属于厚煤层开采，通过对8座小煤窑整合，受小煤窑影响三采区破坏严重，在井田内存在多处积水、采空区，严重影响了工作面布置。

所以，本工程中怎样将厚煤层受到小煤窑破坏造成的水害隐患消除，为安全开采提供保障，为当前重点。此过程中应用“物探+钻探+窥视”的综合探放水技术，为作业区对安全掘进提供指导。

二、探放水方案

1.技术理念

（1）严格按照山西省煤炭防治水“三专两探一撤”规定，防治水工作遵循“预测预报、探掘分离、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，结合腾晖三采区采空积水范围，应用探、堵、防、疏、截、排、监等综合防治措施，采掘前先应用物探、钻探等方式，落实“物探先行、钻探验证”流程，通过互相验证的方式，进一步分析采掘工作面及其周围含水层、老空水富水性与地质条件构造，在未查明或消除水害隐患前，禁止进行采掘操作[1]。

（2）在探水工作前，采掘工作人员应当根据“一面一策”“一矿一策”原则，与物探成果相结合，对水文地质情况加以分析，明确警戒线与探水线，且将其在矿井充水性图与采掘工程平面图上绘制出来。以此为基础，编制相应探放水方案及安全技术措施，总工程师通过组织生产、地测、安检等部门，审核后将其严格落实。

（3）落实集团公司防治水管理规定，遵循“长探+端探”理念，将短探也纳入至掘进工作之中，每个班组落实自探。

2.物探方式

煤矿井在开采中遇到富水异常及含水量较高区域，为确保巷道安全，则应当先治理，后掘进，探放水中先试试地面物探，将有无异常区域进行圈定，保证后续工作有的放矢[2]。

（1）物探异常区

物探异常区实施探放水中，根据扇形布置谈插孔进行探查。在此过程中密切注意涌水情况，钻孔用水量小，且水压低，则应用注浆封堵钻孔方式，保证超前距掘进；用水量大水压较高，则应用注浆封堵结合疏放的方式解决[3]。煤矿巷道周围25m内存在其他巷道施工，可设置探查孔在巷道一边及前方，煤矿探放深水中遇到工程质量与要求不符，则会影响施工过程，需重新封堵钻孔，提高施工质量。

（2）物探无异常区

在物探无异常区探放水中，带式输送机及工作面回风巷中间应用千米定向钻井，设置中保持与巷道掘进方向平行，以实现超前探查，提高探查结果准确性。在探查中应用千米定向钻井还应当应用直流电法物探，以此加大探测距离，增加约30m，以提高探放水准确度。在巷道掘进中，井下物探未能发现异常，则在确保掘进工作面正常排水的基础上向下继续探查，维持32m超前距离。当发现异常后，将异常部位和前期施工钻孔出水加以对比，两者不重合则表明无异常，即可继续掘进，掘进前线排出工作面的水，之后继续维持32m超前距离[4]；异常部位与前期钻孔出水重合，则表明前方属于异常区域，需短距离钻孔，探查异常区，检测钻孔水压及涌水量，水压较高且用水量大则做好排水工作，注浆封堵。通过该方法确保能够排查每个异常区，以此保障煤矿开采质量及安全性。

三、钻孔布置

1.钻场位置

腾晖原海圣巷道疏放水定向钻孔预设钻场1个，地处10#煤主运输行8号导线点北帮，钻场规格为高3m，深5m，长9.5m（见图1）。

图1 钻场位置示意图

2.钻孔设计

钻孔设计4个定向钻孔，疏放水靶向区小窑巷道底板标高与孔口最大落差为50m，推测积水高约20m，水压为0.6MPa，结合煤矿防治水细则，在孔口设置10m地质套管，耐压强度在1MPa以上，在施工阶段进行孔口安装。

根据钻孔施工顺序，2#钻孔靶区为F1至F2断层运输巷；1#钻孔靶区为断层中间材料巷；3#钻孔靶区为断层间最低点中央水仓；4#钻孔靶区为F1断层北侧材料大巷，且综合考虑小窑底板易积存岩渣，终孔部位需打通小窑巷道。在2#钻孔施工中设计分支2个[5]。通过2-1#分支施工只断层上盘前10m，探测2#顶板高度，在实际探测中，对其进行调整。

（1）定位开孔

按照钻机设计要求及规程，搬移钻机至开孔部位，结合规定倾角与方位角固定钻机，前方与开孔点岩壁距离在1.5-3m左右，开孔高度超过1m，条件不足无法按照参数开孔，则需对参数重新修订。

当完成移动定位后即可实施开孔扩孔操作。在开空前先在该位置剪开网片400*400mm开口，方便下钻开孔。使用VL1000钻机ф96mm钻头与普通钻杆，以螺旋钻进方式开孔，扩孔中钻头应用ф190mm与普通钻杆，同样以螺旋钻进模式扩孔，长度为11m。

（2）封孔

止水套应用ф159mm*1.5m，以丝扣式连接。在此过程中。对于老空积水量、范围不清楚，地质构造或近距离煤层开采不清楚，钻孔超前距离在30m以上，止水套管则在10m以上[6]；相反，则结合煤层厚度、安全技术措施、强度及水头值高低确定。本工程按照规定确定封孔长度10m。

在注浆固孔中，应用不低于525#的水泥标号，保证其无结块、变质情况，应用0.5：1水泥浆进行封闭固结，施工完成48h后耐压试验，不可低于1.5倍预计静水压值，在验收中试验压力需达到1MPa，管口及管壁不漏水即合格，否则重新注浆。

3.钻孔施工

（1）校正弯头方向。孔内马达放进孔内且与孔底工具钻杆连接，将钻杆退回后露出弯头方向标记，且设置该方向为360°，检测后确认方向准确，加上钻孔直至孔底工具、孔内马达及铜钻杆均进入孔中。

（2）开新孔。孔内马达送至扩好孔底，将水泵启动后，孔内有水反出，明确返渣正常，利用孔内马达向9m深处钻去，人员按下复位按钮测量检查，将方位角读数记录下来。

（3）钻进操作。每6m测量一次，在钻孔向上爬升施工中，其轨迹需穿过石灰岩，由于其硬度系数在12以上，施工中需应用专用硬岩钻头及大扭矩马达，对钻孔轨迹与钻速度严格控制。并且与设计轨迹对比，结合偏移情况确定调整弯头方向。人员在钻进中应集中精力，避免操作失误导致人员伤亡或设备损伤，且此过程中如若遇到水压升高、卡钻、垮孔等异常情况，需立即停钻查找原因，按照实际情况应对，如若必要则科及时撤出钻杆至安全位置。当遇到特殊无法处理的情况，同样需退至安全位置，协商处理解决，保证钻机正常。

（4）完孔撤钻。钻孔施工达到设计深度后即可进行洗孔，为退钻提供顺畅通道，记录井下数据，地测部门处理终孔参数后将其输入数据库，在矿图上及时描绘钻孔轨迹。完成施工则退出全部钻杆。

4.施工效益

（1）经济效益。预计解放矿井906万吨地质储量，可采储量增加554万吨，有效将矿井服务年限延长3.6年，三个采取工作面产量达到526.3万吨。吨煤利润为300员，增加工作面利润则为157890万元。

（2）社会效益。在煤矿水害预防中管理任重道远，通过研究厚煤层小窑老空积水综合探放就，可为后续采区施工提供指导。

总结：综上所述，本次工程中，为解决老空积水问题，采取“物探+钻探+窥视”综合探放水技术，通过物探异常区及非异常区，落实钻孔布置、钻孔设计及钻孔施工，最大程度确保巷道施工安全，有效解决小煤窑破坏厚煤层后可能产生的积水区，解放554万吨煤矿产量，将矿井服务年限延长3.6年，从而促进了企业经济效益的提高。