荊寶煤礦回采巷道頂板淋水治理措施

（山西煤炭運銷集團三元古韓荊寶煤業(yè)有限公司，山西 襄垣 047100）

近些年來賦存條件較好的煤炭資源已逐漸回采完畢，越來越多的礦井的回采活動開始轉向深部，受此影響地下水逐漸成為了影響巷道圍巖失穩(wěn)的常見原因[2]。特別是近5年以來，在各類礦井的所有冒頂事故中約一半以上都是由地下水所引起的，而礦井地下水來源較廣，稍有不慎則會引發(fā)巷道突水事故，給礦井的正常安全生產(chǎn)帶來難以挽回的損失[3]，因此對涌水量較大的巷道進行治理成為了諸多學者的研究焦點[4]。

荊寶煤礦三采區(qū)3#聯(lián)絡巷在掘進過程中頂板淋水，水量較大，淋水量7.2m3/h底板積水嚴重。受此影響，該巷兩幫出現(xiàn)了一定程度的片幫，頂板下沉明顯。探明該巷涌水量較大的原因，并提出相應的治理措施迫在眉睫。

1 工程概況

荊寶煤礦煤系地層為二疊系山西組和石炭系太原組地層，埋深為500m，平均煤層厚度為5.62 m目前回采煤層主要為3#煤層，含一層夾矸，分為二個自然層，煤質(zhì)為瘦煤。其中三采區(qū)3#聯(lián)絡巷地面位置為村莊東北側附近的農(nóng)田。巷道開口位置位于三采區(qū)回風巷121m處。巷道設計長度170m，沿煤層頂板掘進。巷道斷面為矩形，凈寬5.0m，凈高3.0m，凈斷面積15 m2，巷道采用錨桿、錨索、鋼筋梯、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護方式。頂板支護每排布置4根型號為Φ20 mm×L2000 mm的螺紋鋼錨桿，最外側錨桿距離巷幫1000 mm，錨桿間排距為1000 mm×1000 mm，錨索采用Φ17.8 mm×L64000 mm的預應力鋼絞線，其中第一排在巷道頂板中心處布置一根，第二排在距巷道中心兩側1000 mm處分別布置一根，以此循環(huán)，排距均為1000 mm。巷道幫部每排共布置三根錨桿，間排距為1000 mm×1000 mm，錨桿型號同頂板一致，其中頂錨桿距離頂板500 mm，巷道斷面支護形式見圖1，頂板淋水圍巖微觀結構見圖2。

圖1 巷道斷面支護形式

圖2 頂板淋水圍巖微觀結構

三采區(qū)3#聯(lián)絡巷掘進至距開口位置34m處時，頂板淋水量開始增大，底板積水嚴重，巷道圍巖穩(wěn)定性較差，需要對該巷的頂板淋水原因進行探究，并制定相關的治理措施。

2 巷道淋水及破壞原因分析

2.1 巷道頂?shù)装逦锢砹W參數(shù)測試

巷道頂?shù)装鍑鷰r賦存狀況及各巖層的物理力學性質(zhì)對巷道圍巖穩(wěn)定性具有重要影響。在三采區(qū)3#聯(lián)絡巷淋水量較大的地方，選取合適位置布置取芯鉆孔，對頂?shù)装鍑鷰r進行取芯，將所取巖芯密封后帶回實驗室，對其進行物理力學參數(shù)測試。頂?shù)装甯鲙r層的賦存情況及物理力學參數(shù)測試結果見表1。從表1可以看出，3#煤層的抗壓強度僅為9.2MPa，煤層強度較低，巷道的直接頂為砂質(zhì)泥巖和細粒砂巖，層厚分別為3.78 m和2m，砂質(zhì)泥巖的強度偏低，細粒砂巖的強度則有所提高。老頂為7.52m的砂質(zhì)泥巖和8.66m的粉砂巖，老頂強度整體偏高；直接底和老底則分別為3.78m的砂質(zhì)泥巖和4.61m的泥巖。

表1 巷道頂?shù)装鍑鷰r力學參數(shù)統(tǒng)計

2.2 頂板圍巖礦物組份測試

由于巷道頂板淋水現(xiàn)象嚴重且在掘進過程中下沉明顯，頂板圍巖的礦物組分對于其物理力學性質(zhì)具有直接影響。本文采用X 衍射儀對其進行了測試，測試結果見表2。

表2 頂板圍巖礦物組分測試結果

從表2可以看出，頂板圍巖中的礦物組份以高嶺石、石英為主，其次為白云母，這三個礦物成份的含量分別達到了33.2%、31%和26.2%。而高嶺石為膨脹性軟巖，孔隙率較大且吸水易膨脹變形，而白云母親水性較強，遇水易發(fā)生水化反應，從而更加加速了巷道頂板圍巖的下沉。除上述三種礦物成份外頂板圍巖中還含有少量的斜長石和黃鐵礦，含量分別僅有4.2%和2.3%。

2.3 巷道掘進頂板淋水因素分析

（1）根據(jù)原采掘資料及本巷道掘進揭露情況分析，三采區(qū)3#聯(lián)絡巷在掘進時揭露了部分廢棄巷道或采空區(qū)，存在積水。三采區(qū)聯(lián)絡巷掘進前，必須對原有廢棄巷道或采空區(qū)積水進行疏放。

（2）根據(jù)地質(zhì)資料顯示，該巷道頂板直接充水含水層為3#煤層頂板砂巖含水層，間接充水含水層為K8砂巖含水層，含水層富水性較弱，故頂板裂隙水一般較小，對礦井充水影響不大。

（3）掘進區(qū)內(nèi)3#煤層底板標高在+845～+850 m之間，本區(qū)奧灰水的水頭標高為+650m，掘進區(qū)巷道最低處位于奧灰水的水頭以上195m處，因此底板水對本掘進區(qū)3#煤層的巷道掘進充水無影響，不存在帶壓掘進。

通過上述分析，可知三采區(qū)3#聯(lián)絡巷水文地質(zhì)條件簡單，主要充水來源為煤層頂板。砂巖含水層和舊巷道、采空區(qū)內(nèi)的積水。同時頂板親水性礦物組分含量較多，易吸水軟化，而直接頂和煤層強度偏低，對巷道進行支護時強度有所不足，在上述因素的共同作用下，巷道圍巖淋水、破壞嚴重，破壞特征主要體現(xiàn)在頂板下沉和兩幫片幫之上。

3 治理措施

針對巷道淋水及破壞原因，提出如下治理措施：

（1）探放水鉆孔設置

由于巷道在掘進過程中可能會受到老空區(qū)積水威脅，故巷道在掘進過程中必須嚴格遵循“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則。每次探水時，沿煤層布置鉆孔8個，呈扇型布置，每個鉆孔的布置原則如下：

①1、6號孔方位角為迎頭正前方布置，與巷道水平夾角為0°；

②4、5號孔分別按終孔幫距10 m設計，在巷道左、右兩側與巷道水平夾角為10°；

③2、3、7、8號孔分別按終孔幫距20 m設計，在巷道左、右兩側與巷道水平夾角為2°°；

④1、2、3、4、5號鉆孔分別與煤層層理的相對傾角為0°，6、7、8號鉆孔分別與煤層水平層理的傾角分別為-4°。

⑤鉆孔揭露廢棄巷道或采空區(qū)，不能達到設計深度時，為了確認廢棄巷道或采空區(qū)的含水性和各種有毒有害氣體的含量，所有鉆孔均要進入廢棄巷道或采空區(qū)2 m為準。

鉆孔布置見圖3。

圖3 探放水鉆孔布置

圖4 為鉆孔設計斷面

探水鉆孔不僅具有探水作用，同時還兼具一定的疏水功能。在鉆探的過程中可以及時地將采空區(qū)積水以及頂板深部的裂隙水排出。各鉆孔的布置參數(shù)見表3。

表3 各鉆孔布置參數(shù)

（2）巷道支護參數(shù)設計

由于巷道在原支護下出現(xiàn)了頂板下沉、兩幫片幫，故需要對原支護進行補強。其中頂板和幫部錨桿的直徑不變，長度均加長至2400 m；間距不變，排距均縮減至900 mm。頂錨索在原支護基礎上長度加長至7000 mm，直徑不變，排距同樣縮減至900 mm。

（3）頂板淺部圍巖注漿加固

鑒于巷道頂板圍巖吸水易膨脹軟化，為了更好地對巷道圍巖穩(wěn)定性進行控制，對巷道頂板淺部圍巖進行注漿加固。注漿孔在巷道頂板中心布置一個，在距巷道頂板中心左右兩側1.7m處分別布置一個。三個注漿孔位于同一排，每排注漿孔的排距為900 mm。注漿孔深度均為4m，直徑均為45 mm，注漿壓力設為3.2MPa，注漿材料選用pc325#水泥與粗砂，按照1:1混合配比，選用ZBQ-27/1.5礦用氣動注漿泵。

4 現(xiàn)場監(jiān)測

治理措施實施后，在巷道中選取合適位置布置測站，并對其圍巖變形進行了為期一個月的現(xiàn)場監(jiān)測。監(jiān)測結果顯示，三采區(qū)3#聯(lián)絡巷在該治理措施的治理下頂板下沉量僅為53 mm，兩幫移近量僅為45 mm，單個錨索眼水量由原來的7.2m3/h 下降至1.3m3/h，頂板淋水量得到了有效治理，巷道圍巖穩(wěn)定性顯著提高。

5 結語

1）三采區(qū)3#聯(lián)絡巷直接頂及兩幫圍巖強度偏低，頂板圍巖親水性礦物含量較多，該巷的主要充水來源為煤層頂板砂巖含水層和舊巷道、采空區(qū)內(nèi)的積水，在掘進過程中沒有提前對頂板圍巖積水進行探放，同時原支護強度不足，在上述因素的共同影響下巷道淋水嚴重、圍巖穩(wěn)定性較差。

2）針對巷道的破壞原因，本文提出了相應的治理措施，工程應用結果表明該治理措施對巷道圍巖穩(wěn)定性控制效果較好，頂板淋水嚴重的問題得到了有效解決。