巷道掘進(jìn)過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬臃乐嗡夹g(shù)研究

曹寬堅(jiān)

（山西焦煤汾西礦業(yè)賈郭煤礦，山西 沁源 046500）

引言

水害是煤礦采掘作業(yè)中主要安全風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，礦井生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)突水多與導(dǎo)致地質(zhì)構(gòu)造相關(guān)[1-2]。其中斷層、陷落柱等由于內(nèi)部裂隙發(fā)育、破碎，若含水層連通，往往是較好的導(dǎo)水通道，特別是采掘作業(yè)面無(wú)計(jì)劃揭露導(dǎo)致地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，往往面臨較大的安全風(fēng)險(xiǎn)[3-6]。注漿加固、封堵等或者疏排等措施是防治水工作開(kāi)展的主要技術(shù)方法[7-8]。以山西某礦2503 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬訛楣こ虒?shí)例，提出采用帷幕注漿方式對(duì)導(dǎo)水裂隙進(jìn)行封堵，為巷道安全掘進(jìn)創(chuàng)造良好條件。

1 工程概況

山西某礦現(xiàn)階段生產(chǎn)主要集中在2#煤層，煤層埋深420 m、厚度5.8 m，全區(qū)可采，賦存穩(wěn)定。2503 運(yùn)輸巷沿2#煤底板掘進(jìn)，圍巖用錨網(wǎng)索支護(hù)，在正常地質(zhì)條件下掘進(jìn)、支護(hù)時(shí)，圍巖始終保持穩(wěn)定，頂板及煤壁等未出現(xiàn)滲水情況。在巷道與DF21 斷層相距30 m時(shí)，施工的超前探測(cè)鉆孔出現(xiàn)涌水情況，同時(shí)頂板出現(xiàn)滲水，但是滲水量較低，為確保巷道圍巖穩(wěn)定在原有支護(hù)措施上增加架棚支護(hù)；在掘進(jìn)距DF21 斷層10 m 時(shí)頂板滲水量及圍巖變形量均有所增大。巷道與導(dǎo)水?dāng)鄬游恢檬疽鈭D，如圖1 所示。

圖1 巷道與導(dǎo)水?dāng)鄬游恢檬疽鈭D

2#煤層水源為上覆粗粒砂巖裂隙含水層，煤層與含水層間的泥巖、粉砂巖隔水水隔水效果較好。2#煤層頂板裂隙水富水性中等，若采用疏排方式進(jìn)行疏排，則面臨疏排時(shí)間長(zhǎng)、影響巷道掘進(jìn)。為此，在布置疏排鉆孔降低涌水量同時(shí)采用帷幕注漿方式對(duì)巷道影響范圍內(nèi)導(dǎo)水裂隙進(jìn)行封堵，確保巷道掘進(jìn)安全。

2 防治水技術(shù)

依據(jù)2503 運(yùn)輸巷與導(dǎo)水?dāng)鄬訉?shí)際情況以及煤層上覆裂隙水富水情況，為降低涌水給巷道掘進(jìn)影響并提高巷道掘進(jìn)效率，提出采用帷幕注漿方式對(duì)巷道影響范圍內(nèi)導(dǎo)水裂隙進(jìn)行封堵并加固斷層破碎帶內(nèi)圍巖強(qiáng)度，給巷道掘進(jìn)創(chuàng)造良好條件并控制過(guò)斷層期間圍巖變形量[9]。

2.1 深孔帷幕注漿方案

在2503 運(yùn)輸巷掘進(jìn)前方存在有DF21、DF22 兩個(gè)導(dǎo)水?dāng)鄬樱瑪鄬铀介g距為40 m 左右，斷層距離相對(duì)較近，通過(guò)一次注漿即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)斷層導(dǎo)水裂隙封堵以及破碎煤巖體加固。

在2503 運(yùn)輸巷掘進(jìn)迎頭后方15 m、20 m 位置施工2 個(gè)鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)施工注漿鉆孔，實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)輪廓線外10 m 范圍內(nèi)破碎煤巖體得以注漿加固。通過(guò)施工鉆孔可在巷道外形成10 m 以上的注漿加固范圍。鉆孔注漿半徑按照2.5 m 設(shè)計(jì)，注漿壓力為3 MPa，具體鉆孔布置，如圖2 所示。

圖2 鉆孔布置示意圖

鉆孔施工時(shí)先用Φ127 mm 鉆頭施工2 m，在孔內(nèi)裝入Φ108 mm、長(zhǎng)2 070 mm孔口管；后采用Φ89 mm 鉆頭鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深，鉆深80 m；鉆孔施工完成后，孔口管法蘭盤與托盤采用螺栓連接，將Φ25 mm 高壓管與快速接頭連接，開(kāi)啟注漿泵進(jìn)行注漿。具體注漿鉆孔結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。

圖3 鉆孔結(jié)構(gòu)圖

2.2 注漿封堵材料

注漿封堵材料不僅影響注漿效率，而且對(duì)圍巖注漿加固效果以及導(dǎo)水裂隙封堵效果等有顯著影響。2503 運(yùn)輸巷在接近至斷層附近時(shí)即開(kāi)始出現(xiàn)滲水、圍巖變形量大等問(wèn)題，表明在導(dǎo)水?dāng)鄬佑绊懛秶鷥?nèi)煤巖體內(nèi)裂隙發(fā)育、承載能力較差，為此在巷道注漿時(shí)綜合使用裂隙封堵、圍巖加固兩種材料，先采用水泥-水玻璃漿封堵導(dǎo)水裂隙后采用封堵納米材料提高破碎煤巖體強(qiáng)度以及承載能力。通過(guò)兩種注漿材料綜合應(yīng)用，提高導(dǎo)水?dāng)鄬恿严斗舛履芰σ约捌扑槊簬r體強(qiáng)度。具體選用的注漿材料優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比情況，如表1 所示。

表1 材料性能對(duì)比表

鉆孔注漿量直接導(dǎo)水裂隙封堵效果以及圍巖加固效果，具體單孔注漿量可通過(guò)公式（1）計(jì)算：

式中：R 注漿鉆孔有效擴(kuò)散半徑，m；L 注漿長(zhǎng)度，m；n注漿加固范圍內(nèi)煤巖體孔隙率，%；α 漿液在裂隙中擴(kuò)展系數(shù)，無(wú)量綱；η 注漿漿液消耗系數(shù)，無(wú)量綱。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，取R=2.5 m、L=80 m、n=4%、α=0.9、η=1.1，計(jì)算求得Q=62.2 m3。

3 防治水效果分析

在2503 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)DF21、DF22 導(dǎo)水?dāng)鄬悠陂g，采用深孔帷幕注漿方式對(duì)巷道掘進(jìn)輪廓線外10 m范圍內(nèi)封堵導(dǎo)水裂隙并加固煤巖體強(qiáng)度，配合前期采用的疏排水鉆孔，可有效降低巷道掘進(jìn)過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬悠陂g涌出量以及圍巖變形量。

采用深孔帷幕注漿后，巷道過(guò)斷層期間涌水量控制在3.0 m3/h 以內(nèi)，涌水基本不會(huì)給巷道掘進(jìn)以及圍巖支護(hù)帶來(lái)制約；同時(shí)采用表面噴漿后涌水基本消除。過(guò)斷層期間綜合采用架棚、錨網(wǎng)索以及表面噴漿方式，巷道頂?shù)装濉蓭妥畲笞冃瘟糠謩e控制在45 mm、32 mm 以內(nèi)，變形量整體較小。

4 結(jié)語(yǔ)

2503 運(yùn)輸巷掘進(jìn)前方存在有DF21、DF22 導(dǎo)水?dāng)鄬?，上? 個(gè)斷層與煤層上覆砂巖含水層連通，具有一定導(dǎo)水性。若采用超前疏排方式進(jìn)行疏排，雖然可實(shí)現(xiàn)巷道安全掘進(jìn)，但是存在疏排時(shí)間長(zhǎng)、制約巷道掘進(jìn)效率。為此，提出綜合使用超前疏排+帷幕注漿方式進(jìn)行防治水。

在距離導(dǎo)水?dāng)鄬右欢ň嚯x，施工超前疏排鉆孔對(duì)斷層水進(jìn)行疏排，降低水頭壓力以及含水量；采用帷幕注漿方式對(duì)巷道掘進(jìn)輪廓線外10 m 范圍封堵導(dǎo)水裂隙并對(duì)破碎煤巖體進(jìn)行加固。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件對(duì)注漿鉆孔布置方案以及注漿材料等進(jìn)行確定。

通過(guò)帷幕注漿加固后，巷道掘進(jìn)至斷層影響范圍內(nèi)涌水量控制在3.0 m3/h 以內(nèi)；同時(shí)采用錨網(wǎng)索、架棚、表層噴漿圍巖支護(hù)措施后，巷道頂板基本不出現(xiàn)淋水情況，頂?shù)装濉蓭妥畲笞冃瘟糠謩e控制在45 mm、32 mm 以內(nèi)，變形量整體較小，表明現(xiàn)場(chǎng)采用的防治水技術(shù)取得較高的效果，可確保巷道掘進(jìn)安全并控制圍巖變形。