綜合防治水技術(shù)在掘進(jìn)巷道過(guò)斷層破碎帶中的應(yīng)用

胡建廣

【摘 要】 為了確保承壓水威脅巷道過(guò)斷層帶的掘進(jìn)安全，文章提出采用超前注漿+U型鋼強(qiáng)化支護(hù)+二次注漿（砌碹）方式進(jìn)行防治水，并對(duì)防治水技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了巷道安全、快速通過(guò)斷層破碎帶。主要研究成果為：1）通過(guò)超前注漿在巷道掘進(jìn)輪廓線外20m（底板35m）范圍內(nèi)形成注漿止水帷幕，不僅可降低水害威脅而且為巷道掘進(jìn)創(chuàng)造了良好條件;2）掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶時(shí)采用短掘、強(qiáng)支方式可降低巷道掘進(jìn)對(duì)圍巖擾動(dòng);3）在斷層破碎帶及兩側(cè)各19m范圍內(nèi)采用U型鋼、砌碹及二次注漿，可在巷道周邊形成二次防水屏障。文章所提巷道過(guò)斷層破碎帶防治水技術(shù)方案確保了巷道掘進(jìn)以及后續(xù)使用安全，同時(shí)為其他礦井類似情況防治水工作開展提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

【關(guān)鍵詞】 巷道掘進(jìn);承壓含水層;斷層破碎帶;注漿加固;防治水;砌碹支護(hù)

【中圖分類號(hào)】 TD745 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2021）01-0001-02

隨著采深增加，煤炭賦存條件更趨復(fù)雜，其中水害、地質(zhì)構(gòu)造日益成為制約煤礦生產(chǎn)安全的不利因素。當(dāng)掘進(jìn)巷道通過(guò)導(dǎo)水?dāng)鄬悠扑閹r(shí)，若不能針對(duì)性采取防治水措施可能會(huì)出現(xiàn)突水事故，給巷道掘進(jìn)以及煤礦生產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。本文在以往研究成果基礎(chǔ)上，針對(duì)某礦南3采區(qū)軌道運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)F12斷層破碎帶期間的防治水問(wèn)題展開探討，提出超前底板注漿加固+二次注漿（砌碹）方式加固巷道，從根本上解除了底板承壓水對(duì)巷道掘進(jìn)安全的威脅。

1工程概述

某礦南3采區(qū)軌道運(yùn)輸巷掘進(jìn)斷面為半圓拱型，頂?shù)装鍘r性以砂質(zhì)泥巖、泥巖以及粉砂巖為主，圍巖賦存較為穩(wěn)定，巷道沿著6號(hào)煤層底板掘進(jìn)。

已有的地質(zhì)資料顯示，巷道掘進(jìn)至520m時(shí)會(huì)揭露F12斷層（H=45m，108°∠71°），該斷層破碎帶寬度達(dá)到42m，預(yù)計(jì)巷道掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)揭露若干落差較小的次生斷層。6號(hào)煤層開采過(guò)程中主要涌水水源為底板承壓水含水層。南3采區(qū)軌道運(yùn)輸巷底板掘進(jìn)標(biāo)高為+670m、底板承壓水水頭標(biāo)高為+860m，雖然該巷道與底板承壓水間有厚度超過(guò)110m的巖層且中間夾雜有兩層泥巖、砂質(zhì)泥巖隔水層，但是在F12斷層影響下，巷道掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶期間仍有較大的突水危險(xiǎn)。

2斷層含水情況探測(cè)

在南3采區(qū)軌道運(yùn)輸巷掘進(jìn)至470m位置時(shí)（即與斷層相距50m），在掘進(jìn)迎頭施工8個(gè)探測(cè)孔，探測(cè)破碎帶導(dǎo)水情況。布置的探測(cè)孔均穿過(guò)斷層破碎帶，其中僅有2個(gè)探測(cè)孔（探測(cè)位置位于掘進(jìn)迎頭前方）有少量水流出，其余的探測(cè)鉆孔均未出現(xiàn)出水情況。

在掘進(jìn)迎頭采用瞬變電磁儀（型號(hào)為YCS-160/Protem）對(duì)斷層賦水情況進(jìn)行探測(cè)，具體探測(cè)結(jié)果見圖1。從圖中看出F12斷層破碎帶內(nèi)僅有部分位置為低阻異常區(qū)且該低阻異常區(qū)位于掘進(jìn)迎頭位置處。瞬變電磁探測(cè)到的低阻異常區(qū)與探測(cè)鉆孔探測(cè)到的出水位置接近，因而判定該斷層破碎帶導(dǎo)水性弱。

同時(shí)結(jié)合其他巷道掘進(jìn)揭露F18斷層涌水情況，綜合判定南3采區(qū)軌道運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶時(shí)出現(xiàn)出水可能性較小。但是由于該斷層落差大且與下部承壓含水層相距僅為110m，為了避免巷道掘進(jìn)過(guò)斷層期間由于掘進(jìn)導(dǎo)致斷層出水以及斷層滯后出水，應(yīng)根據(jù)斷層賦存以及巷道掘進(jìn)情況，制定針對(duì)性防治水技術(shù)方案。

3掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶防治水技術(shù)方案

3.1超前注漿加固

3.1.1超前加固方案

在巷道掘進(jìn)至501m位置時(shí)（即與斷層相距19m）布置超前注漿鉆孔加固斷層破碎帶，從而在巷道掘進(jìn)輪廓線外20m以內(nèi)形成注漿止水帷幕，具體見圖2。注漿鉆孔鉆進(jìn)采用型號(hào)ZDY3500L，注漿泵型號(hào)為ZBYS-40/12.5-18.5，注漿孔擴(kuò)散半徑按照5～10m設(shè)計(jì)。在注漿過(guò)程中先注入水灰比較高的稀漿液、后注入水灰比較低的稠漿液，單個(gè)注漿孔重復(fù)注漿2～3次，確保注漿漿液在斷層破碎帶內(nèi)擴(kuò)散均勻。

由于巷道掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶時(shí)主要的突水隱患為底板承壓水含水層，因此，在超前注漿加固過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)對(duì)斷層破碎帶底板進(jìn)行強(qiáng)化加固。底板強(qiáng)化注漿孔為3排，鉆孔間距均按照15m布置，控制巷道底板下方35m范圍，具體底板注漿強(qiáng)化鉆孔布置見圖3。

3.1.2注漿漿液

為了提高注漿漿液結(jié)石率以及破碎帶巖體膠結(jié)形成的膠結(jié)體抗壓強(qiáng)度、防水能力，注漿漿液選用水泥單液漿、水泥-水玻璃雙液漿，雙液漿中添加的水玻璃波美度為40～45（°Bé）、模數(shù)為3.0～3.2。注漿過(guò)程中以水泥單液漿為主，當(dāng)漿液流失嚴(yán)重時(shí)選用水泥-水玻璃雙液漿。

單孔注漿分三次進(jìn)行，第一次、第二次、第三次注漿時(shí)注漿漿液水灰比分別為1∶0.5、1∶0.6、1∶0.8，通過(guò)多次注漿使得漿液與破碎巖體充分膠結(jié)。

3.2掘進(jìn)及圍巖控制

由于巷道采用炮掘方式掘進(jìn)，在掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶時(shí)通過(guò)增加炮眼、縮小循環(huán)進(jìn)度來(lái)達(dá)到快速掘進(jìn)、降低掘進(jìn)對(duì)圍巖影響。正常段巷道圍巖支護(hù)采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，在過(guò)斷層破碎帶時(shí)采用U型鋼拱架強(qiáng)化圍巖控制。在斷層破碎帶兩側(cè)支護(hù)距離按照隔水煤柱寬度設(shè)計(jì)，具體可通過(guò)下式計(jì)算：

將上述參數(shù)帶入公式（1）求得L=19m，因此在斷層破碎帶兩側(cè)19m范圍內(nèi)均采用U型鋼進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

3.3二次注漿加固

在巷道掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶期間以及掘進(jìn)通過(guò)斷層破碎帶后發(fā)現(xiàn)破碎帶附近巷道存在滲水情況時(shí)，應(yīng)立刻停止掘進(jìn)，對(duì)斷層破碎帶圍巖進(jìn)行二次注漿加固，封堵潛在的導(dǎo)水裂隙。當(dāng)掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶時(shí)圍巖無(wú)滲水情況時(shí)，掘進(jìn)過(guò)破碎帶19m后即可停止掘進(jìn)，對(duì)斷層破碎帶兩側(cè)各19m范圍進(jìn)行砌碹，并進(jìn)行壁后注漿。

3.4應(yīng)用效果分析

巷道掘進(jìn)過(guò)F12斷層（H=45m，108°∠71°）破碎帶期間圍巖未出現(xiàn)涌水，掘進(jìn)進(jìn)尺保持約為3.6m/d，耗時(shí)11d掘進(jìn)通過(guò)斷層破碎帶。過(guò)斷層破碎帶期間圍巖礦壓未出現(xiàn)異常，頂?shù)装?、巷幫圍巖位移量均在20mm以內(nèi)。

4結(jié)束語(yǔ)

采用鉆探、物探方式對(duì)F12斷層富水以及導(dǎo)水情況進(jìn)行探測(cè)，綜合判斷該斷層富水性較弱，巷道掘進(jìn)過(guò)斷層期間突水可能性較小。但是由于巷道底板下方約110m位置為承壓水含水層，水頭壓力達(dá)到1.9MPa，F(xiàn)12斷層落差達(dá)到45m，存在掘進(jìn)動(dòng)壓影響活化斷層從而出現(xiàn)斷層突水問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)安全，提出采用超前注漿方式在巷道輪廓線外圍20m范圍內(nèi)形成止水帷幕，并通過(guò)強(qiáng)化底板注漿加固在頂板破碎帶內(nèi)形成超過(guò)35m的注漿加固范圍;巷道掘進(jìn)過(guò)斷層期間采用短掘、強(qiáng)支方式降低巷道掘進(jìn)對(duì)斷層破碎帶影響;掘進(jìn)完成后在斷層破碎帶及兩側(cè)各20m范圍進(jìn)行砌碹支護(hù)。

巷道掘進(jìn)過(guò)斷層破碎帶期間未出現(xiàn)涌水問(wèn)題，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺雖然有所降低但仍保持3.6m/d掘進(jìn)速度，巷道耗時(shí)11d掘進(jìn)通過(guò)斷層破碎帶，實(shí)現(xiàn)了快速、安全掘進(jìn)。

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