煤礦井下過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬雨P(guān)鍵技術(shù)研究

王克軍 石開(kāi)進(jìn)

（徐州礦務(wù)集團(tuán)新疆天山礦業(yè)有限責(zé)任公司，新疆 庫(kù)車市 842000）

俄礦五采區(qū)F6斷層附近圍巖嚴(yán)重破碎，而且涌水量和水壓較大，帶有大量的泥沙，給巷道的正常施工帶來(lái)極大的困難，多次嘗試要穿過(guò)F6斷層，但均未成功。目前俄礦主要采掘活動(dòng)布置在礦井東翼采區(qū)，而東翼采區(qū)下1煤即將采完，下5煤層?xùn)|翼采區(qū)單翼布置因受對(duì)采對(duì)掘影響產(chǎn)能受限，嚴(yán)重制約礦井正常生產(chǎn)及接續(xù)。五采區(qū)可采儲(chǔ)量1.6億t（包括下1、下5、下7-2、下8），若礦井及早兩翼布置開(kāi)采，不僅能避免對(duì)采對(duì)掘的影響，最大限度發(fā)揮礦井產(chǎn)能，也有利于礦井接續(xù)合理，生產(chǎn)組織更加從容，促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

為此，本文在全礦井和F6斷層所在五采區(qū)水文地質(zhì)條件研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)超前探放水、施工放水聯(lián)絡(luò)巷和巷道圍巖注漿固化三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，保證了五采區(qū)的開(kāi)拓和礦井的接續(xù)，同時(shí)為類似條件下過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬犹峁┝斯こ虒?shí)踐。

1 水文地質(zhì)背景

俄霍布拉克礦井五采區(qū)位于礦井西南部F5、F6斷層之間，F(xiàn)5斷層落差0～150m，F(xiàn)6斷層落差0～50m，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。五采區(qū)準(zhǔn)備巷道布置需穿過(guò)F6斷層，通過(guò)以往水文地質(zhì)工作，初步探明五采區(qū)水文地質(zhì)充水水源、導(dǎo)水通道及其補(bǔ)給和排泄條件。經(jīng)過(guò)分析研究，礦井西翼五采區(qū)主要充水因素為第四系沖積層潛流水、頂板砂巖裂隙水（侏羅系J21標(biāo)準(zhǔn)砂巖含水層）和斷層水（F6斷層水）。

第四系沖積層潛流水的補(bǔ)給源主要來(lái)自于大氣降水補(bǔ)給和礦井北部7km處阿格村三小隊(duì)居民灌溉水和礦井東北部7.5km處卡果爾河及天山山脈雪融化水。該區(qū)域第四系含水層具強(qiáng)富水性并覆蓋面積較大、厚度較厚，也為F6斷層的直接主要補(bǔ)給源，補(bǔ)給源充沛。

頂板砂巖裂隙水（侏羅系J21標(biāo)準(zhǔn)砂巖含水層），雖然覆蓋面積大，但由于該含水層巖性主要以細(xì)砂巖、泥巖和砂質(zhì)泥巖為主，裂隙不發(fā)育，巖層整體性較好，滲透系數(shù)較小，補(bǔ)給源不充沛，因此，不會(huì)對(duì)巷道施工造成威脅，一般在巷道施工過(guò)程中以淋水、滴水形式排泄。

根據(jù)以往的幾個(gè)采掘工作面開(kāi)采過(guò)程中所揭露的水文地質(zhì)及地質(zhì)情況可知，F(xiàn)6斷層落差較大，斷層面風(fēng)化嚴(yán)重，伴有水和泥沙，透水性強(qiáng)，是個(gè)導(dǎo)水?dāng)鄬?，?duì)巷道頂板管理和防治水工作影響較大。為確保施工巷道安全順利通過(guò)F6斷層，需對(duì)斷層產(chǎn)狀、導(dǎo)水性、富水條件、圍巖性質(zhì)、施工方案進(jìn)行研究和分析。

2 分析研究五采區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 探明F6斷層產(chǎn)狀及其性質(zhì)

為確保下1煤五采區(qū)集中回風(fēng)巷安全順利穿過(guò)F6斷層，采取兩種方法：一是地面做綜合物探（三維地震）；二是根據(jù)地面三維地震報(bào)告結(jié)果，該巷道快要掘進(jìn)到報(bào)告圈定位置前20m，對(duì)巷道迎頭超前進(jìn)行鉆探，探明斷層產(chǎn)狀和其導(dǎo)水性。具體情況如表1、圖1、圖2和圖3所示。

圖1 三維地震勘探構(gòu)造發(fā)育示意圖

表1 探查鉆孔參數(shù)及出水量統(tǒng)計(jì)表

圖2 探查斷層產(chǎn)狀和性質(zhì)鉆孔布置斷面示意圖

圖3 探查斷層產(chǎn)狀和性質(zhì)鉆孔布置剖面示意圖

由圖和表可見(jiàn)，F(xiàn)6斷層在此處為落差9.5m的正斷層，屬導(dǎo)水?dāng)鄬?，斷層涌水量較大，涌水量約50m3/h，斷層面風(fēng)化、松軟、破碎，且存有大量的充填物和帶有大量泥沙。

2.2 查明水文地質(zhì)條件

為查明該區(qū)內(nèi)第四系松散的沖洪積卵礫石層和下1、下5煤層之間含水層的富水情況，劃分、圈定富水區(qū)范圍，為五采區(qū)的開(kāi)拓提供精確可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)，地面做了物探（電法）工作。如圖4所示。

圖4 地面電法-第四系含水層富水區(qū)分布圖

井下采用井下瞬變電磁，分別在巷道迎頭上傾45°方向、上傾30°方向、順層及下傾30°方向進(jìn)行探測(cè)，如圖5所示。井下瞬變電磁成果，如圖6順變電磁成果物探三維圖所示。

圖5 瞬變電磁超前探測(cè)成果圖

圖6 順變電磁成果物探三維圖

經(jīng)以上地面物探及井下瞬變電磁超前探測(cè)方法可知，該巷道正上方第四系含水層富水性較強(qiáng)，且該巷道前方存在地質(zhì)異常帶就是構(gòu)造裂隙帶，推測(cè)該異常為煤巖層裂隙較為發(fā)育并賦水所致。

2.3 斷層水水源分析

經(jīng)井下打鉆（見(jiàn)表1和圖3）及對(duì)鉆孔出水量、水壓、水色等參數(shù)的長(zhǎng)期觀測(cè)，基本可判斷該斷層水為第四系強(qiáng)含水層補(bǔ)給的F6斷層水。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 井下兩探

根據(jù)五采區(qū)地質(zhì)資料和物探成果基本確定和控制F6斷層的走向方向及相對(duì)位置，巷道在接近F6斷層時(shí)按照《煤礦防治水細(xì)則》要求，嚴(yán)格執(zhí)行“井下兩探”。巷道每100m進(jìn)行一組瞬變電磁超前探測(cè)（其中一組物探見(jiàn)圖5、圖6），鉆探每100m施工一組，超前距離不小于20m，并對(duì)出水水質(zhì)、水溫、水壓等動(dòng)態(tài)觀測(cè)，進(jìn)一步查清前方斷層帶水文地質(zhì)條件，提前查明及疏放斷層水。

3.2 施工放水聯(lián)絡(luò)巷

由于巷道迎頭水量大，巖性為風(fēng)化的中粗粒砂巖，且經(jīng)鉆探所揭露的巖性可以判斷，前面F6斷層面因受水的長(zhǎng)期侵蝕作用，斷層兩盤(pán)巖性松軟易呈泥化，易冒落，過(guò)斷層過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)大面積冒頂?shù)仁鹿?。為確保巷道安全順利通過(guò)該斷層帶，經(jīng)研究決定，巷道上幫施工一條與該巷道基本平行的聯(lián)絡(luò)巷（簡(jiǎn)稱放水聯(lián)絡(luò)巷），目的是為了將斷層水在斷層面上段、水流上游截流切斷水流，控制水流方向，將水引入放水聯(lián)絡(luò)巷，為1煤五采區(qū)集中回風(fēng)巷的安全施工提供有力的保障。如圖7所示。

圖7 放水聯(lián)絡(luò)巷平面示意圖

3.3 巷道斷層帶圍巖注漿固化

由于斷層帶較破碎，斷層面風(fēng)化嚴(yán)重，巖性已呈泥化，易冒頂，為安全順利過(guò)斷層，決定對(duì)斷層帶進(jìn)行注漿，固化巷道圍巖。

巷道迎頭砌止泥墻，厚度5m，寬6m（巷道寬5m，墻兩側(cè)分別插入巷道兩幫各0.5m），頂?shù)撞堪?3°掏槽，掏槽深度不小于500mm（底板掏至實(shí)地）。止泥墻均以C30混凝土澆筑而成。然后按不同方位、角度和深度布置注漿孔進(jìn)行注漿。注漿孔布置方式和參數(shù)如下：（1）注漿分三段注漿，水平距離10m、20m、30m（圖8）。（2）注漿范圍為開(kāi)挖輪廓線外8m。（3）開(kāi)孔孔徑133mm，套管直徑DN108地質(zhì)管，長(zhǎng)度6m，終孔直徑94mm。（4）注漿材料先選用水泥水玻璃雙液漿液，水灰比 W:C=1～0.8:1，漿液比，C:S=1～3:1。（5）注漿終壓 5～7MPa。

圖8 注漿孔布置圖

3.4 效果分析

經(jīng)鉆探施工，共三個(gè)孔出水（見(jiàn)表1），總出水量50m3/h。經(jīng)三個(gè)月的觀測(cè)，水量基本處于穩(wěn)定，探明了F6斷層的性質(zhì)，是為導(dǎo)水?dāng)鄬?，?煤五采區(qū)集中回風(fēng)巷過(guò)斷層期間防治水工作的順利開(kāi)展提供了準(zhǔn)確的技術(shù)依據(jù)。

經(jīng)施工放水聯(lián)絡(luò)巷，將大部分F6斷層水截流，放水聯(lián)絡(luò)巷出水量38m3/h，為1煤五采區(qū)集中回風(fēng)巷安全順利過(guò)斷層，提供了良好的安全保障。

本次共注水泥58.4t、水玻璃14.5t，固化了破碎帶巷道圍巖，巷道迎頭淋水明顯變小，為1煤五采區(qū)集中回風(fēng)巷過(guò)斷層之間支護(hù)參數(shù)的選用及施工過(guò)程中的頂板管理，提供了一定的技術(shù)依據(jù)和安全保障。

截至發(fā)稿前，1煤五采區(qū)集中回風(fēng)巷安全順利穿過(guò)了F6斷層，已向前掘進(jìn)498m，斷層帶區(qū)域目前涌水量15m3/h。

4 結(jié)論

本文基于水文地質(zhì)條件探查和研究，發(fā)現(xiàn)F6斷層為導(dǎo)水?dāng)鄬?，其充水水源為第四系?qiáng)富水含水層。通過(guò)物探和鉆探查明了其充水水源、富水異常區(qū)，提出了超前探放水、施工放水聯(lián)絡(luò)巷和巷道圍巖注漿固化三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)實(shí)施，斷層帶區(qū)域的涌水量由施工前的50m3/h減小為15m3/h，基本達(dá)到了斷層水的控制，固化了破碎帶巷道圍巖，防止了冒頂事故的發(fā)生，從而達(dá)到了安全順利穿過(guò)F6斷層的目的，為類似礦井井下過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬犹峁┮欢ǖ慕梃b經(jīng)驗(yàn)。