煤礦地質(zhì)防治水工作主要存在問題及對(duì)策

馬亞民

（山西潞安集團(tuán)蒲縣新良友煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041206）

1 概 述

山西潞安集團(tuán)蒲縣新良友煤業(yè)有限公司2101巷位于井田一采區(qū)，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為960m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.5m，巷道掘進(jìn)煤層為山西組中下部2#煤層，煤層傾角-2～2°，煤層平均厚1.95m，容重1.35t/m3，煤層直接頂為粉砂巖，厚度為4～8m，有0.6～1.55m的砂質(zhì)泥巖偽頂，頂板為泥巖，厚度為1～3m。工作面采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截止目前巷道已掘進(jìn)220m。

根據(jù)山西潞安蒲縣新良友煤業(yè)有限公司相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，整合前煤礦正常涌水量為12m3/d，最大涌水量為18m3/d，其核定生產(chǎn)能力為0.3Mt/a，經(jīng)整合后生產(chǎn)能力提高為0.6Mt/a，采用富水系數(shù)法對(duì)2號(hào)煤層進(jìn)行礦井涌水量預(yù)算，擴(kuò)大生產(chǎn)能力后，2及3號(hào)煤層礦井正常涌水量為24m3/h，最大涌水量為36m3/h，施工巷道充水水源主要來(lái)自上覆巖層裂隙水。

2101巷掘進(jìn)前期，工作面采取超前鉆探的方法進(jìn)行工作面水害防治，但是通過實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，探放水施工后效果不佳，施工巷道后期掘進(jìn)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)頂板淋水現(xiàn)象，最大淋水量大3.2m3/h，出現(xiàn)兩次透水事故，透水量共計(jì)達(dá)329m3。

2 煤礦防治水工作存在的問題

2.1 水文地質(zhì)資料不全面

由于礦井水文地質(zhì)資料不全面，致使2101巷在生產(chǎn)活動(dòng)中對(duì)采掘煤層水文地質(zhì)情況（主要包括礦井充水源、礦井老空區(qū)、老窯水分布情況等）不了解，從而導(dǎo)致巷道掘進(jìn)時(shí)探放水設(shè)計(jì)不合理，探水施工效果差，如2101工作面回采過程中受上覆巖層采空區(qū)積水影響，造成工作面回采至180m段頂板出現(xiàn)淋水現(xiàn)象，工作面被迫停產(chǎn)。

2.2 探放鉆孔布置不合理

1）巷道前期鉆孔布置方式：2101巷在掘進(jìn)前期工作面每50m布置一排探水鉆孔，鉆孔布置在距頂板往下1.0m煤壁處，共計(jì)三個(gè)，鉆孔間距為1.5m，鉆孔直徑為75mm，鉆孔深度為60m，仰角為8°。

2）主要存在問題：工作面布置探水鉆孔相對(duì)較少，鉆孔形成的探測(cè)扇區(qū)未完全覆蓋整個(gè)頂板含水區(qū)域，而且單孔深度為60m，鉆孔終孔位置位于積水邊緣，部分鉆孔未能完全進(jìn)入積水區(qū)，導(dǎo)致多數(shù)鉆孔為干孔現(xiàn)象，不能有效地進(jìn)行探放水施工。

2.3 封孔工藝落后

1）原封孔工藝：2101巷在掘進(jìn)前期設(shè)計(jì)探水鉆孔封孔長(zhǎng)度為11m，鉆孔施工12m進(jìn)行擴(kuò)孔處理，擴(kuò)孔后鉆孔直徑為120mm，然后對(duì)鉆孔內(nèi)埋入長(zhǎng)度為3.0mPVC管，并采用膨脹水泥進(jìn)行封堵。

2）主要存在的問題：2101巷掘進(jìn)煤層為二疊紀(jì)下統(tǒng)山西組煤層，煤層不穩(wěn)定，易破碎，受巷道掘進(jìn)影響工作面煤體內(nèi)形成“應(yīng)力三區(qū)”帶，分別為應(yīng)力破壞區(qū)、破壞減弱區(qū)和應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)，而原封孔段位于破壞減弱區(qū)內(nèi)，封孔長(zhǎng)度不足；同時(shí)工作面煤體破碎嚴(yán)重，膨脹水泥封孔時(shí)對(duì)煤體裂隙滲透能力差，通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，最大滲透長(zhǎng)度不足0.5m，導(dǎo)致封孔質(zhì)量差，在放水時(shí)很容易出現(xiàn)孔口管竄動(dòng)、煤壁滲水現(xiàn)象。

2.4 安全措施不到位

1）前期安全措施：2101巷掘進(jìn)前期在放水前在鉆場(chǎng)附近施工一條臨時(shí)排水溝與盤區(qū)水倉(cāng)連接，對(duì)鉆場(chǎng)附近頂板支設(shè)一排木柱，共計(jì)4根，木柱間距為1.0m。

2）主要存在問題：2101巷頂板上覆巖層裂隙水預(yù)計(jì)含水量為6433m3，水壓為1.4～2.1MPa范圍內(nèi)，積水量及水壓大，由于鉆場(chǎng)煤壁相對(duì)松軟，放水時(shí)受水流沖擊作用下煤壁極易垮落，造成封孔管暴露，降低了封孔質(zhì)量，從而導(dǎo)致透水事故。

3 對(duì)策措施

3.1 加強(qiáng)煤礦防治工作力度

1）加強(qiáng)水文地質(zhì)資料收集：煤礦企業(yè)應(yīng)加大對(duì)礦井水文地質(zhì)資料收集、管理力度，定期對(duì)礦井周邊及上覆巖層水文地質(zhì)資料進(jìn)行采集、更新，井田內(nèi)采區(qū)工作面在設(shè)計(jì)布置時(shí)盡量避開構(gòu)造含水層以及老窯水、老空水區(qū)域，減少水害對(duì)采掘工作面施工過程中產(chǎn)生影響。

2）完善防治水工作管理制度：礦井內(nèi)掘進(jìn)工作面必須嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探、有疑必探、先探后掘”的探放水原則，嚴(yán)格控制巷道安全掘進(jìn)范圍，詳細(xì)掌握巷道掘進(jìn)過程中可能揭露的地質(zhì)構(gòu)造，并對(duì)其含水情況進(jìn)行合理分析，消除巷道掘進(jìn)水害隱患。

3.2 優(yōu)化探水鉆孔布置

1）鉆孔布置要求：根據(jù)后期水文地質(zhì)資料顯示2101巷主要來(lái)自于上覆巖層裂隙水威脅，四鄰無(wú)其他水害，所以工作面一排仰斜探水鉆孔，鉆孔成扇形布置，鉆孔深度為120m，采用探測(cè)120m，掘進(jìn)90m，循環(huán)往復(fù)進(jìn)行，超前探測(cè)期間幫距為25m。

2）鉆孔布置參數(shù)：通過優(yōu)化后工作面共計(jì)布置5個(gè)（1#-5#）探水鉆孔，鉆孔布置在距頂板1.5m煤壁處，仰角為9°，鉆孔終孔位置位于頂板往上16m處裂隙巖體內(nèi)，如圖1所示。1#鉆孔水平角為0°，2#、4#鉆孔水平角為10°，3#、5#鉆孔水平角為20°

圖1 2101巷優(yōu)化后探水鉆孔布置示意圖

3.3 提高封孔質(zhì)量

通過技術(shù)研究決定采用煤屑量法確定封孔長(zhǎng)度，以及采用“兩堵一注”新型封孔工藝。

1）封孔長(zhǎng)度確定：通過在煤壁施工三個(gè)實(shí)驗(yàn)鉆孔，鉆孔深度為40m，仰角為9°。直徑為75mm，三個(gè)鉆孔在施工過程中詳細(xì)記錄每米產(chǎn)生煤屑量，通過記錄發(fā)現(xiàn)，三個(gè)鉆孔在0～5m范圍平均產(chǎn)生的煤屑量為3.9kg/m3，在5～13m范圍內(nèi)平均產(chǎn)生的煤屑量為3.2kg/m3，在12～40m范圍內(nèi)平均產(chǎn)生的煤屑量為2.2kg/m3，由此可判斷，在掩體12m后處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，最終確定封孔長(zhǎng)度為13m。

2）“兩堵一注”新型封孔工藝：①仰斜鉆孔施工14m后及時(shí)對(duì)鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔后鉆孔直徑為130mm，擴(kuò)孔長(zhǎng)度為13m，擴(kuò)孔后對(duì)鉆孔內(nèi)安裝3節(jié)長(zhǎng)度為3.5m，直徑為108mmPVC孔口管；②孔口管安裝在管與孔壁之間埋入一根直徑為16mm注漿軟管，然后采用膨脹水泥對(duì)封孔口及底部進(jìn)行封堵，形成密閉環(huán)形空間，封堵長(zhǎng)度不得低于0.5m，如圖2所示；③封堵后采用注漿機(jī)對(duì)環(huán)形空間高壓注入聚氨酯粘合劑，注漿壓力不得低于1.2MPa；④孔口管固定2h后對(duì)鉆孔高壓注水進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，注水壓力為水壓的1.5-2倍，注水時(shí)間不得低于15min，注水過程中未發(fā)現(xiàn)鉆孔竄動(dòng)或煤體滲水即可視為封孔合格。

圖2 仰斜鉆孔“兩堵一注”新型封孔工藝示意圖

3.4 安全技術(shù)措施

為了提高巷道探放水施工安全，防止工作面透水事故發(fā)生，對(duì)鉆場(chǎng)煤壁及頂板采取“玻璃鋼錨桿+W型玻璃鋼帶+撞楔超前支護(hù)”聯(lián)合措施進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)對(duì)巷道排水設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化。

1）鉆場(chǎng)煤壁維護(hù)：①鉆場(chǎng)煤壁共計(jì)施工四排縱橫交錯(cuò)W型玻璃鋼帶，橫向第一排鋼帶施工在距頂板1.0m，與頂板平行布置，鋼帶長(zhǎng)度為4.0m，第二排鋼帶與第一排間距為1.5m，每根橫向鋼帶配套3根長(zhǎng)度為2.0m左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為1.5m，如圖3所示；②縱向鋼帶與橫向鋼帶成“井”字型布置，縱向鋼帶長(zhǎng)度為2.5m，鋼帶排距為3.0m，每根鋼帶配套兩根玻璃鋼錨桿，錨桿間距為1.0m。

圖3 鉆場(chǎng)煤壁、頂板聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖

2）頂板維護(hù)：為了防止頂板冒落、破碎現(xiàn)象，決定對(duì)鉆場(chǎng)煤壁頂板施工一排撞楔超前支護(hù)，撞楔超前支護(hù)主要由長(zhǎng)度為3.5m，直徑為30mm鋼針組成，共計(jì)10根，鋼針施工在設(shè)計(jì)頂板位置且垂直煤壁布置，鋼針間距為0.5m。

4 結(jié) 論

2101巷在后期掘進(jìn)過程中共計(jì)施工40個(gè)仰斜鉆孔，其中29個(gè)為濕孔，11個(gè)為干孔，共計(jì)放水量為6119m3，平均水壓為1.57MPa，在放水期間鉆孔未出現(xiàn)竄動(dòng)、煤壁滲水現(xiàn)象，鉆場(chǎng)煤壁及頂板未發(fā)生垮落、破碎現(xiàn)象，受F6斷層充水影響工作面放水后頂板最大淋水段位720～737m范圍，淋水量為1.24m3/h，其它段平均淋水量不足0.3m3/h，基本消除了頂板裂隙水害，保證巷道安全快速掘進(jìn)，取得了顯著應(yīng)用成效。