掘进巷道邻近老空水治理技术应用研究.pdf

表 2ZDY2-1000LF 型探放水钻机技术参数表掘进巷道邻近老空水治理技术应用研究殷志祥（山西焦煤山煤国际韩家洼煤业有限公司，山西大同037100）摘要：基于韩家洼煤矿 22403 运输顺槽掘进期间受邻近原毛官屯煤矿遗留旧巷积水影响，巷道掘进至 150500 m段两帮淋水量大、两帮支护失效严重，严重制约着巷道安全快速掘进，通过技术研究,决定对巷道采取超前钻探施工及帷幕注浆施工，经实际应用效果来看，采取超前钻探后共计探放老空巷积水 1 461 m3，并通过帷幕注浆封堵后实现了对涌水通道的超前封堵，在后期掘进中未出现两帮渗水垮落现象，支护失效率降低至 2%，取得了显著应用成效。关键词：掘进巷道；老空巷技术；探放水施工；应用分析中图分类号：TD745文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）09-0211-03122403 运输顺槽概述山西焦煤山煤国际韩家洼煤业有限公司 22403运输顺槽位于韩家洼井田西北部，对应地面无建筑物；井下东部为西盘区回风巷，西部为未开采区域，北部、南部为 2008 年 12 月兼并重组前遗留的旧巷1-2。22403 运输顺槽掘进煤层为 22 号煤层，平均厚度为 12.98 m，平均倾角为 5，煤层自燃发火期为 80 d，煤层爆炸指数为 36.9%，以老顶为主，直接顶及伪顶不发育，煤层顶底板岩性如表 1 所示。22403 运输顺槽设计长度为 790 m，巷道设计断面规格为宽高=4.5 m3.5 m，巷道沿 22 号煤层底板进行掘进，22403 运输顺槽由东向西掘进 25 m 施工回风绕道，由西北向东南掘进，掘进至 43 m 与西盘区回风巷贯通。由西南向东北掘进 101.7 m 与西盘区运输巷第三部皮带尾部前 15 m 处贯通。正掘 22403运输顺槽 101.7790 m3-4。根据兼并重组前原毛官屯煤矿资料显示，当巷道施工到 150 m 处时，距南帮 30 m 有兼并重组前原毛官屯煤矿遗留下来的 2202 运输顺槽（老空巷）。老空巷与 22403 运输顺槽近水平布置，老空巷对巷道掘进影响长度为 350 m，老空巷内预计积水量为 1 470 m3，水压为 0.2 MPa，受老空巷内积水影响，进入老空巷影响区后，巷道帮部出现局部淋水现象，当巷道掘进至165 m 处时巷帮出现局部垮落，帮部渗水量达 7.5 m3/h，巷道帮部支护难度大、支护效果差。2巷道超前钻探施工设计为了保证巷道安全快速掘进，避免受老空巷积水影响导致煤壁片帮事故，决定对巷道积水影响区采取超前探放水设计。1）探水钻机：采用 ZDY2-1000LF 型探放水钻机进行钻孔施工，该钻机主要由主机、操作台、履带车体、稳固油缸等部分组成。钻机电机功率为 75 kW，钻机配套直径为 63 mm 及 75 mm 的钻头进行施工，钻机具体技术参数如表 2 所示。2）封孔设备：封孔管采用长度为 2.0 m，直径为110 mm 的 PVC 管，相邻 2 根管之间采用连接套连接，封孔器采用 2 个 PKJW 型封孔器，封孔长度为 0.5 m。3）封孔材料：采用 PD 无机化学材料作为封孔材料，该材料采用微胶囊化技术，凝固后强度高且具有很强的韧性，与传统聚氨酯材料相比，具有无毒无害、注浆封堵效果好、成本费用低等优点。1）22403 运输顺掘进至 170 m 处开始施工超前钻孔，每排共计布置 3 个超前钻孔（钻孔编号为 1 号、2 号、3 号），钻孔从顶板向底板依次布置，钻孔布置在工作面迎头煤壁中部，其中 1 号钻孔与顶板间距为收稿日期：2022-10-26作者简介：殷志祥（1994），男，山西繁峙人，毕业于太原科技大学矿山机电专业，大专，助理工程师，现就职于山西焦煤山煤国际韩家洼煤业有限公司地测防治水部，主要从事地测防治水工作。总第 212 期2023 年第 9 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 212No.9，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.09.082表 122 号煤层顶底板岩性表顶底板名称岩石类别普氏硬度 f厚度/m老顶中砂岩615.2直接底砂质泥岩43.02名称技术参数名称技术参数额定转矩/（N m）1 000额定转速/（r/min）90280最大给进起拔力/kN45给进起拔行程/mm1 200主轴倾角范围/（）-9060水平方位角范围/（）-9090电机功率/kW75泵车外形尺寸/m3.21.01.2技术应用山西冶金E-mail:第 46 卷1.0 m，2 号、3 号钻孔布置间距为 1.0 m5。2）所有钻孔的钻孔深度为 40m，钻孔直径为 75mm，钻孔向垂直角为 0，向老空巷侧水平偏角为 15，如图 1 所示。为了提高钻孔封孔质量，防止钻孔在放水过程中出现塌孔现象，决定对钻孔采取“两堵一注”封孔工艺。1）通过现场钻孔发现，22403 运输顺槽位于老空巷侧巷帮的围岩破碎严重，钻孔往里 12 m 范围内孔壁岩体破碎严重，局部出现塌孔现象，在 12 m 后围岩逐渐趋于稳定，所以决定将超前钻孔封孔长度确定为12 m。2）采用 ZDY2-1000LF 型探放水钻机在设计位置进行钻孔施工，导向钻孔直径为 75 mm，当导向钻孔施工深度为 12.5 m 时停止继续钻进，拔出钻杆，采用风管对钻孔内煤屑进行清理。3）钻孔施工完后，将原导向钻头（椎75 mm）更换为扩孔钻头（椎130 mm），然后对钻孔进行扩孔处理，扩孔深度为 12 m，扩孔段钻孔直径为 130 mm，扩孔完成后对钻孔内煤屑进行清理。4）钻孔扩孔后，在钻孔内安装 PVC 孔口管，钻孔内共计安装 4 节，相邻 2 节采用套管连接，孔口管安装在底部，采用膨胀水泥进行封堵固定，同时安装 1个 PKJW 型封孔器，最后在孔口管与孔壁间隙处安装1 根注浆软管和回浆管，如图 2 所示。5）注浆管安装完成后，在孔口 1.0 m 处依次安装1 个 PKJW 型封孔器，并采用膨胀水泥对孔口进行封堵，然后将注浆软管与注浆泵连接进行高压注浆，注浆压力为 1.5 MPa，注浆 2 h 后，导向钻孔方可继续钻进。3帷幕注浆技术应用通过对采掘工作面迎头超前布置环形注浆孔，向注浆孔内进行高压注浆，注浆液在压力作用下沿围岩裂隙渗透，相邻钻孔注浆液贯穿凝固后形成密闭封堵墙，从而对涌水通道实施封堵、填充作用6。1）22403 运输顺槽帷幕注浆钻场布置在巷道掘进迎头，帷幕注浆钻孔采用超前分段布置方式，每段布置 3 组钻孔，每组布置 6 个，每组钻孔呈环形布置，钻孔长度为 30 m，3 组钻孔超前巷道 90 m 布置，如图3 所示。2）注浆钻孔直径为 150 mm，钻孔向两帮及顶底板布置夹角为 30，以确保钻孔终孔位置位于巷道围岩内部 1015 m 范围内，3 组钻孔终孔位置呈交错式布置，且终孔中心线与巷道轴线平行。1）通过对巷道掘进前期的围岩进行观察发现，受老空巷积水影响，巷道围岩支护失效严重，所以选取的注浆材料必须具有封堵效果好、凝固时间短等优点。传统注浆材料主要采用水泥砂浆与水玻璃混合液，但是从实际应用效果来看，该注浆材料封堵效果相对较差，所以经综合考虑，决定采用泥砂浆与水玻璃混合液作为主料、封堵纳米材料作为辅料的混合浆液作为注浆材料，该注浆液具有成本费用低、凝固时间短以及封堵效果好等优点。2）注浆材料中主料水、水泥、水玻璃的质量配比为 10.81，辅料封孔纳米材料、水灰质量配比为0.451，其中水泥采用高强度硅酸盐水泥。1）首先采用钻机在巷道迎头布置帷幕注浆钻孔，每组钻孔布置直径为 3.0 m，钻孔严格按照设计角度施工，钻孔施工完后对钻孔成孔情况进行观察，出现塌孔现象时必须及时补打。2）为了提高注浆效果，需对钻孔进行封孔处理，在钻孔注浆前在钻孔内安装套管，套管长度为 5.0 m、图 122403 运输顺超前探水钻孔布置示意图（单位：mm）图 222403 运输顺槽巷帮探水钻孔封孔示意图（单位：mm）图 322403 运输顺槽帷幕注浆钻孔布置示意图1 号钻孔2 号钻孔3 号钻孔403 运输顺槽4 500403 运输顺槽1 号钻孔2 号钻孔3 号钻孔膨胀水泥PKJW 型封孔器PD 注浆材料破碎煤体锚索压力表膨胀水泥返浆管法兰盘导向钻孔环形封堵空间注浆小管注浆泵煤体裂隙孔口管阀门1 00010 0001 000钻场断面图剖面图平面图钻场212窑窑2023 年第 9 期Discussion on the Technology and Application of Laser Uncoiling and Blanking LineLi Dawei,Li Yanbo（HBIS Group Tangshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063016,China）Abstract:Laser uncoiling and blanking line is a processing equipment for producing various types of thin sheet blanks for automotiveinternal and external surface parts.It uses laser uncoiling and blanking cutting to replace conventional mechanical blanking presses forstamping and forming,with good results.By focusing on the main components and functions of laser uncoiling and blanking lines,andelaborating on the differences in composition and main characteristics between laser uncoiling and blanking and conventional mechanicaluncoiling and blanking,the laser uncoiling and blanking line technology is promoted and greater market value is achieved.Key words:laser uncoiling and blanking;automobile;automobile board直径为 130 mm，采用 PVC 管焊制而成，在 PVC 管一端安装端头套，端头套直径为 145 mm；套管与孔壁之间采用棉纱、膨胀水泥进行填充封堵，如图 4 所示。3）孔口管固定后，在孔内安装 1 根直径为 108 mm的注浆花管，花管采用无缝钢管焊制而成，花管长度为 8.0 m，套管四周均匀布置直径为 15 mm 注浆小孔；在花管外端依次安装球阀、注浆盘、快速连接头，并通过注浆软管与注浆泵连接。4）注浆时采用自上而下“分段式”注浆工序，分段注浆长度控制在 5 m 左右，注浆后必须保证注浆扩散半径在 5.08.0 m 范围内。4结语截至 2021 年 3 月 14 日，22403 运输顺槽已掘进到位，通过对巷道采取超前钻探以及帷幕注浆施工后，有效预防了水害事故，取得了显著应用成效：1）巷道在后期掘进过程中共计布置 8 个老空巷探水钻场，24 个探水钻孔，其中 17 个为湿孔，7 个为干孔，共计放水量为 1 461 m3。2）对巷道围岩采取帷幕注浆施工后，通过对注浆区围岩采集并进行单轴抗压试验发现，注浆区围岩单轴抗压强度提高至 45 MPa，帷幕注浆后的围岩四周形成连续稳定的封堵隔水墙，有效阻断了老空水涌水通道，提高了巷道围岩支护质量。3）通过对 22403 运输顺槽探放水施工以及帷幕注浆施工，巷道在后期掘进中未出现煤帮渗水、煤帮垮落现象，提高了帮锚杆支护质量，锚杆支护失效率降低至 2%，有效预防了水害事故，保证了巷道掘进安全。参考文献1王亮.掘进巷道探放水施工设计及支护技术J.机械管理开发，2022（9）：73-74.2吕谷威.掘进巷道超前探放水施工设计J.山西冶金，2021（4）：310-311.3张端.掘进巷道上覆含水层探放水施工设计J.能源与节能，2021（4）：48-49.4张洁.掘进巷道小煤柱采空区探放水施工设计J.煤矿现代化，2020（4）：194-196.5吕振绘.掘进巷道探放水施工工艺研究J.山西能源学院学报，2020（3）：26-28.6邢生生.掘进巷道探放水施工技术研究J.当代化工研究，2020（10）：91-92.（编辑：武倩倩）图 4帷幕注浆钻孔套管固定平面示意图Application of Water Exploration and Drainage Construction Technology in TunnelingRoadwayYin Zhixiang（Shanxi Coking Coal Shanxi Coal International Hanjiawa Coal Industry Co.,Ltd.,Datong Shanxi 037100,China）Abstract:Based on the impact of water accumulation in the old roadway left behind by the neighboring Maoguantun coal mine during theexcavation of the 22403 transportation channel in Hanjiawa coal mine,the large amount of water on both sides of the roadway excavation tothe 150500 m section,and the serious failure of the support on both sides,seriously restricting the safe and rapid excavation of the roadway.Through technical research,it has been decided to adopt advanced drilling construction and curtain grouting construction for the roadway.Through practical application results,a total of 1 461 m3of water accumulation in the old roadway has been explored and released afteradopting advanced drilling.After being sealed by curtain grouting,the advance sealing of the water inflow channel was achieved.In the laterstage of excavation,there was no leakage and collapse of the two sides,and the failure rate of the support was reduced to 2%,achievingsignificant application results.Key words:excavation tunnel;old alley technology;exploring and releasing water construction;application analysis规格 椎127 mm 的球阀规格 椎130 mm6 mm 的套管填塞棉纱注浆花管椎25 mm 的高压注浆软管规格中 椎25 mm 快速接头膨胀水泥端头套5 000 mm规格中 椎127 mm10 mm 的注浆盘30 m（上接第 194 页）殷志祥：掘进巷道邻近老空水治理技术应用研究213窑窑