綜合防治水技術(shù)在綜掘煤巷施工中的應(yīng)用

郭相海

(汾西礦業(yè)(集團)有限責(zé)任公司 安全監(jiān)察中心，山西 介休 032000)

綜掘技術(shù)具有掘進效率高、勞動強度以及安全系數(shù)高等優(yōu)點，可在一定程度上緩解礦井采掘接替緊張問題[1-2]。當掘進巷道頂板巖層富水時如何降低涌水影響是巷道掘進過程中需重點解決的問題[3-5]。山西某礦30902綜采工作面回采巷道采用EBZ160掘進機掘進，預(yù)計掘進進尺可達到360 m/月，但受到煤層頂板巖層富水影響，巷道掘進過程中涌出量較大，會給圍巖支護以及巷道掘進安全帶來一定制約。為此，本文提出采用定向長鉆孔對巷道頂板進行超前疏排，并結(jié)合注漿錨桿封堵巷道圍巖導(dǎo)水裂隙，為巷道快速安全掘進創(chuàng)造良好條件。

1 工程概況

30902綜采工作面為3采區(qū)9號煤層首采工作面，采面設(shè)計推進長度550 m，斜長120 m，開采的9號煤層厚度3.75 m，埋深280 m，賦存穩(wěn)定。9號煤層頂板巖性以泥巖、砂巖和灰?guī)r為主，其中9號煤層頂板出水水源為砂巖裂隙水含水層、隔水層為8號煤及泥巖，含水層厚度分別為13.57～25.40 m、63.27～85.08 m，上述兩層含水層是9號煤層采掘活動主要出水水源，具體如圖1所示。

圖1 9號煤層頂板含水層分布示意(m)

3采區(qū)9號煤層大巷在掘進期間曾出現(xiàn)頂板突水情況，其中最大涌出量達到89.7 m3/h。在9號煤大巷進行放水試驗，發(fā)現(xiàn)Ⅱ含水層及Ⅲ含水層富水性中等、滲透性較強，具體含水層水文地質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 含水層水文地質(zhì)參數(shù)

根據(jù)已有地質(zhì)資料并結(jié)合采區(qū)大巷掘進期間涌出情況，30902工作面回采巷道掘進過程中受頂板含水層威脅嚴重區(qū)域集中在采面中部以及切眼位置。根據(jù)已有水文地質(zhì)資料以及采區(qū)大巷掘進涌出情況，分析30902工作面回采巷道掘進期間防治水以及圍巖支護工作面臨的主要難題為：①9號煤層頂板隔水層厚度較薄，探放水鉆孔施工過程中若布置大傾角則面臨止水套管長度不滿足要求、傾角過小會影響頂板穩(wěn)定性；②頂板巖層為弱膠結(jié)泥巖、砂巖，裂隙發(fā)育，會弱化圍巖支護采用的錨桿、錨索支護效果；③巷道掘進若頂板出現(xiàn)一定離層會導(dǎo)致弱膠結(jié)巖層內(nèi)出現(xiàn)蓄水，嚴重時出現(xiàn)冒頂事故。

為此，提出采用定向長鉆孔對30902工作面回采巷道掘進影響范圍頂板裂隙水進行超前探測及疏排，并采用注漿方式提高巷道圍巖穩(wěn)定性。

2 巷道掘進綜合防治水技術(shù)

2.1 定向長鉆孔探測

采用定向長鉆孔探測30902工作面回采巷道掘進影響范圍內(nèi)頂板富水區(qū)、裂隙發(fā)育程度，具體鉆孔開孔位于3采區(qū)9號煤輔助運輸大巷，具體布置位置如圖2所示，在采面回風(fēng)巷、進風(fēng)巷頂板上分別布置1個定向長鉆孔(編號分別為TF1、TF2)，鉆孔終孔位于9號煤層頂板上覆10～15 m砂巖裂隙水含水層內(nèi)。

圖2 定向長鉆孔布置示意

鉆孔施工采用ZDY6000LD全液壓坑道鉆機、施工的鉆孔孔徑73 mm，具體施工過程中使用的設(shè)備規(guī)格及參數(shù)見表2。

2.2 探放水成果及疏排分析

對TF1、TF2定向長鉆孔施工期間涌水量進行觀測，具體結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯S著鉆孔探測距離增加，鉆孔涌水量呈遞增趨勢，其中在孔深70～100 m、175～218 m以及362～503 m范圍內(nèi)鉆孔涌出量遞增速度均明顯增加，表明上述3個區(qū)域為相對富水區(qū)。

表2 定向長鉆孔施工設(shè)備

圖3 定向長鉆孔施工期間涌水量監(jiān)測結(jié)果

具體定向長鉆孔涌水量隨排水時間變化曲線如圖4所示。可以看出，TF1、TF2定向長鉆孔在排水初期涌水量分別為152 m3/h、161 m3/h，但是當TF2定向鉆孔施工完畢后TF1鉆孔涌水量呈明顯降低趨勢，主要是由于TF2定向鉆孔標高較TF1定向鉆孔低，含水層內(nèi)水主要從TF2定向鉆孔涌出，從而導(dǎo)致TF1定向鉆孔涌出量明顯降低，同時也表明9號煤層上覆Ⅲ號含水層裂隙發(fā)育、導(dǎo)水性良好。TF2定向鉆孔涌出量前期降低較快，后續(xù)逐漸穩(wěn)定到27 m3/h，表明9號煤層上覆Ⅲ號含水層靜存儲量有限，同時與Ⅱ號含水層水力聯(lián)系較差。

圖4 定向長鉆孔涌水量隨排水時間變化曲線

2.3 圍巖注漿

雖然采用TF1、TF2定向長鉆孔對30902工作面回采巷道頂板砂巖含水層進行超前疏排，并可攔截頂板裂隙水向巷道掘進空間涌出。但是由于9號煤層頂板屬于弱膠結(jié)巖層，承載能力以及穩(wěn)定性較差，為此提出采用注漿錨桿對巷道頂板巖層注漿，封堵導(dǎo)水裂隙通道并維護圍巖穩(wěn)定。

30902工作面回采巷道圍巖采用錨桿(D22 mm×2 400 mm)，頂板及巷幫分別按照800 mm×1 600 mm、800 mm×1 600 mm間排距布置，整個斷面共計布置13根，錨桿采用全長錨固方式，安裝完畢后施工高預(yù)緊力，并配合鋼筋網(wǎng)、鋼帶護表。在巷道頂板兩排錨桿間布置一排中空注漿錨桿(D24 mm×3 000 mm)，注漿錨桿按照1 000 mm×1 600 mm間排距布置。具體巷道中空注漿錨桿以及圍巖支護設(shè)計如圖5。

圖5 巷道中空注漿錨桿以及圍巖支護設(shè)計(mm)

在不影響30902工作面回采巷道正常掘進前提下盡早采用中空注漿錨桿對圍巖進行注漿。注漿選擇采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶3，并添加水玻璃改善漿液性能(添加量為水泥用量的8%)，注漿壓力為3 MPa。

3 綜合防治水效果分析

采用定向長鉆孔對30902工作面回采巷道掘進范圍頂板砂巖裂隙水含水層進行探測、疏排，降低了巷道掘進期間頂板淋水量；對頂板富水區(qū)域進行注漿加固，封堵導(dǎo)水裂隙避免出現(xiàn)冒頂問題。

通過綜合治理后，30902工作面回采巷道掘進期間涌出量控制在3 m3/h以內(nèi)，同時未出現(xiàn)頂板不穩(wěn)定性或者突水事故，表明采取的定向長鉆孔、圍巖注漿方式取得較好的防治水效果，可滿足弱膠結(jié)頂板含水層下巷道掘進防治水需要。

4 結(jié) 語

1) 30902工作面回采巷道頂板為弱膠結(jié)巖層，掘進期間面臨頂板含水層涌出量大、圍巖穩(wěn)定性差等因素影響，不僅制約巷道掘進效率而且存在一定安全隱患。為給巷道快速掘進創(chuàng)造良好條件，提出在采區(qū)輔助運輸巷內(nèi)布置鉆場向回采巷道掘進影響范圍施工定向鉆孔，對頂板裂隙水含水層富水情況進行探測并超前疏排。

2) 為確保巷道圍巖穩(wěn)定，在巷道掘進至頂板富水區(qū)時采用注漿錨桿對頂板進行注漿，封堵潛在的導(dǎo)水裂隙并提高圍巖承載能力，避免巷道出現(xiàn)冒頂或者涌出量突然增大等事故?，F(xiàn)場應(yīng)用后，30902工作面回采巷道掘進速度可保持20 m/d，巷道掘進基本不受頂板涌出影響，同時圍巖保持穩(wěn)定。