向斜應力區(qū)下組9#煤層巷道掘進防治水技術

呂興立

冀中能源股份有限公司葛泉礦 河北邢臺 054102

1 概況

葛泉礦東井開采下組9#煤，東二采區(qū)位于大油村向斜范圍內，向斜兩翼基本對稱，傾角4°至-22°，向斜軸走向N40°左右。東二采區(qū)右翼開采標高為-190至-60m。9#煤層厚4.35-5.3m，平均厚4.8m，頂板為粉砂巖、泥巖，底板為鋁土質泥巖。底板到奧灰頂面平均厚度為43.8m。

2 水文地質條件

東二采區(qū)右翼為東井掘進新區(qū)，水文地質條件復雜，主要的充水水源來自第四系底礫含水層，頂板大青灰?guī)r含水層、底板本溪灰?guī)r含水層和奧陶系灰?guī)r含水層。東二采區(qū)右翼巷道掘進期間，多處發(fā)生底板滲水，針對底板的超前探測鉆孔均有涌水，局部鉆孔在煤層底板下1-2m處即揭露本溪組灰?guī)r水[1]。

本溪灰?guī)r含水層由于厚度較大（4.8-8.8m平均6.8m），局部富水性強，本溪灰?guī)r與奧陶系灰?guī)r含水層之間隔水層厚度最薄處只有8m，很容易發(fā)生水力聯系，因此奧陶系灰?guī)r含水層可能成為工作面的間接充水含水層。主要的充水通道為導水斷層、導水裂隙帶、未封閉鉆孔以及采煤引起的底板導水裂隙和頂板冒落導水裂隙和。

3 防治水技術措施

通過幾年來總結下組煤試采經驗，逐步完善并確立了科學嚴密的下組煤防治水技術路線,即：疏放9#上部的底礫及大青灰?guī)r含水層水；加固9#煤底板，注漿改造下伏本溪灰?guī)r含水層，增加隔水層強度；封堵奧陶系灰?guī)r含水層的垂向導水通道，從而實現帶壓開采。針對東二采區(qū)向斜軸部掘進特點及復雜水文地質情況，巷道掘進期間制定相適應的防治水安全技術措施，主要有：綜合物探探查技術、頂板大青灰?guī)r水、沖積層底礫含水層水可控疏放技術、巷道底板全面注漿加固改造技術[2]。

3.1 綜合物探探查技術

利用綜合物探方法，探測本區(qū)底板導水構造和富水區(qū)段，以便有效指導掘進過程中防治水工程技術實施。

①瞬變電磁探測。巷道掘進期間在軌道大巷及運輸斜巷采用瞬變電磁探測技術對9#煤底板富水區(qū)段及本溪灰?guī)r及奧灰水原始導高進行探測。巷道掘進期間施工瞬變電磁側向探測兩次，超前探測1次，探測巷道兩側95m范圍內地層連續(xù)性較好，無明顯垂向結構異?；螂[伏導含水構造存在。

②直流電法超前探測。巷道掘進期間采用連續(xù)直流電法超前探測技術，對巷道掘進前方及底板進行探查，為底板超前預注漿鉆孔施工進行超前指導，巷道掘進期間施工直流點法超前探測9次，探測工程量800m。

3.2 頂板大青灰?guī)r水可控疏放技術

對大青灰?guī)r水的疏放主要采用注漿截流和巷道掘進自然疏放兩種方式。

巷道掘進期間，分兩次對大青灰?guī)r進行預注漿，沿巷道正前方及兩側布置大青探查注漿孔4個（兩幫各一個及巷道正前方兩個）兩幫孔揭露大青灰?guī)r終孔位置控制在巷道兩幫外10m處，正前方兩個孔間距不大于30m，探查注漿孔設計最遠探查距離為90m，終孔層位為大青灰?guī)r底板下2m，施工大青灰?guī)r探查鉆孔8個，工程量為720m，注漿65t。

巷道掘進揭露大青灰?guī)r后，運輸斜巷大青灰?guī)r涌水量30m3/h左右，水位疏降至-170左右，完善排水系統(tǒng)，通過水溝疏水。

3.3 頂板沖積層底礫含水層探測疏放水技術

巷道掘進期間進入40m沖積層等厚線后，對沖積層底礫標高進行探查控制，施工沖積層鉆孔7個，工程量532.5m，對沖積層底礫含水層水進行了有效疏放，探明13m沖積層防塌煤柱線位置，確保巷道安全掘進。

3.4 巷道底板全面注漿加固改造技術

東二采區(qū)為掘進新區(qū)，該范圍煤層底板下伏本溪灰?guī)r富水性強，單孔最大涌水量大150m3/h，針對該范圍本溪灰?guī)r水量大，注漿量相對較小的情況，采取增加鉆孔密度、延伸鉆孔深度、合理控制注漿比重的措施，確保巷道掘進安全[3]。

①增大巷道兩側加固范圍。巷道掘進時嚴格按防治水技術路線進行防治水工作。掘進時鉆孔布置對兩巷外側加固范圍擴大為30m，加大范圍控制下部含水層通過側向補給。

②增加鉆孔加固密度。巷道掘進時，施工超前鉆探孔進行預注漿。底板超前鉆探布置3個孔（兩幫及正前）；探查距離為100m，超前鉆孔施工完畢后增補注漿加密鉆孔（兩幫及正前）；探查距離為60m，確保注漿加固效果。

③延伸鉆孔加固深度。正常區(qū)段終孔層位為本溪灰?guī)r底板下2m，對水量較大注漿效果不理想，或隔水層變薄帶（不足30m），注漿鉆孔終孔層位下移至本溪灰?guī)r底板下5m-8m。

④采取見水就注、合理控制注漿比重。對深部鉆孔采取見水就注，分段式注漿工藝，鉆孔揭露本溪灰?guī)r含水層前、本溪灰?guī)r中、本溪灰?guī)r下部5-8m進行3次注漿，根據注漿鉆孔水量、注漿壓力變化、注漿時間等合理調整漿液比重確保注漿效果。施工檢查鉆孔對巷道底板注漿加固效果進行檢驗，為下一步底板注漿加固及防治水工作提供技術依據。

東二采區(qū)右翼巷道掘進期間施工底板注漿加固鉆孔131個，工程量12784.5m，注漿14125.46t。通過施工底板注漿加固鉆孔，達到了底板注漿加固要求，完成了本溪灰?guī)r含水層改造為相對隔水層目的，達到了加固煤層底板隔水層、對巷道底板垂向導水裂隙進行封堵和有效阻隔下伏高壓奧灰水導升高度向上延伸的預期目的。

4 結語

通過采取物鉆探相結合的方法綜合探查巷道底板富水情況，疏放頂板含水層水，注漿加固底板，對巷道底板進行全面加固，本溪灰?guī)r承壓水導升高度得到了有效控制，對煤層底板隔水層及本溪灰?guī)r含水層含（導）水裂隙進行了充分充填，對異常區(qū)進行了充分注漿加固，大大補強了9#煤底板隔水層的阻水性能，完成了本溪灰?guī)r含水層改造為相對隔水層目的，達到了加固煤層底板隔水層、為深部采區(qū)開采防治水安全技術措施的執(zhí)行提供依據，確保巷道安全掘進，為在全礦及相類似礦井類似水文地質條件下具有很強的推廣價值。