曹寬堅

（山西焦煤汾西礦業(yè)賈郭煤礦，山西 沁源 046500）

引言

水害是煤礦采掘作業(yè)中主要安全風(fēng)險，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料顯示，礦井生產(chǎn)過程中出現(xiàn)突水多與導(dǎo)致地質(zhì)構(gòu)造相關(guān)[1-2]。其中斷層、陷落柱等由于內(nèi)部裂隙發(fā)育、破碎，若含水層連通，往往是較好的導(dǎo)水通道，特別是采掘作業(yè)面無計劃揭露導(dǎo)致地質(zhì)構(gòu)造時，往往面臨較大的安全風(fēng)險[3-6]。注漿加固、封堵等或者疏排等措施是防治水工作開展的主要技術(shù)方法[7-8]。以山西某礦2503 運輸巷掘進過導(dǎo)水斷層為工程實例，提出采用帷幕注漿方式對導(dǎo)水裂隙進行封堵，為巷道安全掘進創(chuàng)造良好條件。

1 工程概況

山西某礦現(xiàn)階段生產(chǎn)主要集中在2#煤層，煤層埋深420 m、厚度5.8 m，全區(qū)可采，賦存穩(wěn)定。2503 運輸巷沿2#煤底板掘進，圍巖用錨網(wǎng)索支護，在正常地質(zhì)條件下掘進、支護時，圍巖始終保持穩(wěn)定，頂板及煤壁等未出現(xiàn)滲水情況。在巷道與DF21 斷層相距30 m時，施工的超前探測鉆孔出現(xiàn)涌水情況，同時頂板出現(xiàn)滲水，但是滲水量較低，為確保巷道圍巖穩(wěn)定在原有支護措施上增加架棚支護；在掘進距DF21 斷層10 m 時頂板滲水量及圍巖變形量均有所增大。巷道與導(dǎo)水斷層位置示意圖，如圖1 所示。

圖1 巷道與導(dǎo)水斷層位置示意圖

2#煤層水源為上覆粗粒砂巖裂隙含水層，煤層與含水層間的泥巖、粉砂巖隔水水隔水效果較好。2#煤層頂板裂隙水富水性中等，若采用疏排方式進行疏排，則面臨疏排時間長、影響巷道掘進。為此，在布置疏排鉆孔降低涌水量同時采用帷幕注漿方式對巷道影響范圍內(nèi)導(dǎo)水裂隙進行封堵，確保巷道掘進安全。

2 防治水技術(shù)

依據(jù)2503 運輸巷與導(dǎo)水斷層實際情況以及煤層上覆裂隙水富水情況，為降低涌水給巷道掘進影響并提高巷道掘進效率，提出采用帷幕注漿方式對巷道影響范圍內(nèi)導(dǎo)水裂隙進行封堵并加固斷層破碎帶內(nèi)圍巖強度，給巷道掘進創(chuàng)造良好條件并控制過斷層期間圍巖變形量[9]。

2.1 深孔帷幕注漿方案

在2503 運輸巷掘進前方存在有DF21、DF22 兩個導(dǎo)水斷層，斷層水平間距為40 m 左右，斷層距離相對較近，通過一次注漿即可實現(xiàn)兩個斷層導(dǎo)水裂隙封堵以及破碎煤巖體加固。

在2503 運輸巷掘進迎頭后方15 m、20 m 位置施工2 個鉆場，在鉆場內(nèi)施工注漿鉆孔，實現(xiàn)巷道掘進輪廓線外10 m 范圍內(nèi)破碎煤巖體得以注漿加固。通過施工鉆孔可在巷道外形成10 m 以上的注漿加固范圍。鉆孔注漿半徑按照2.5 m 設(shè)計，注漿壓力為3 MPa，具體鉆孔布置，如圖2 所示。

圖2 鉆孔布置示意圖

鉆孔施工時先用Φ127 mm 鉆頭施工2 m，在孔內(nèi)裝入Φ108 mm、長2 070 mm孔口管；后采用Φ89 mm 鉆頭鉆進至設(shè)計孔深，鉆深80 m；鉆孔施工完成后，孔口管法蘭盤與托盤采用螺栓連接，將Φ25 mm 高壓管與快速接頭連接，開啟注漿泵進行注漿。具體注漿鉆孔結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。

圖3 鉆孔結(jié)構(gòu)圖

2.2 注漿封堵材料

注漿封堵材料不僅影響注漿效率，而且對圍巖注漿加固效果以及導(dǎo)水裂隙封堵效果等有顯著影響。2503 運輸巷在接近至斷層附近時即開始出現(xiàn)滲水、圍巖變形量大等問題，表明在導(dǎo)水斷層影響范圍內(nèi)煤巖體內(nèi)裂隙發(fā)育、承載能力較差，為此在巷道注漿時綜合使用裂隙封堵、圍巖加固兩種材料，先采用水泥-水玻璃漿封堵導(dǎo)水裂隙后采用封堵納米材料提高破碎煤巖體強度以及承載能力。通過兩種注漿材料綜合應(yīng)用，提高導(dǎo)水斷層裂隙封堵能力以及破碎煤巖體強度。具體選用的注漿材料優(yōu)缺點對比情況，如表1 所示。

表1 材料性能對比表

鉆孔注漿量直接導(dǎo)水裂隙封堵效果以及圍巖加固效果，具體單孔注漿量可通過公式（1）計算：

式中：R 注漿鉆孔有效擴散半徑，m；L 注漿長度，m；n注漿加固范圍內(nèi)煤巖體孔隙率，%；α 漿液在裂隙中擴展系數(shù)，無量綱；η 注漿漿液消耗系數(shù)，無量綱。根據(jù)現(xiàn)場實際條件，取R=2.5 m、L=80 m、n=4%、α=0.9、η=1.1，計算求得Q=62.2 m3。

3 防治水效果分析

在2503 運輸巷掘進過DF21、DF22 導(dǎo)水斷層期間，采用深孔帷幕注漿方式對巷道掘進輪廓線外10 m范圍內(nèi)封堵導(dǎo)水裂隙并加固煤巖體強度，配合前期采用的疏排水鉆孔，可有效降低巷道掘進過導(dǎo)水斷層期間涌出量以及圍巖變形量。

采用深孔帷幕注漿后，巷道過斷層期間涌水量控制在3.0 m3/h 以內(nèi)，涌水基本不會給巷道掘進以及圍巖支護帶來制約；同時采用表面噴漿后涌水基本消除。過斷層期間綜合采用架棚、錨網(wǎng)索以及表面噴漿方式，巷道頂?shù)装?、兩幫最大變形量分別控制在45 mm、32 mm 以內(nèi)，變形量整體較小。

4 結(jié)語

2503 運輸巷掘進前方存在有DF21、DF22 導(dǎo)水斷層，上述2 個斷層與煤層上覆砂巖含水層連通，具有一定導(dǎo)水性。若采用超前疏排方式進行疏排，雖然可實現(xiàn)巷道安全掘進，但是存在疏排時間長、制約巷道掘進效率。為此，提出綜合使用超前疏排+帷幕注漿方式進行防治水。

在距離導(dǎo)水斷層一定距離，施工超前疏排鉆孔對斷層水進行疏排，降低水頭壓力以及含水量；采用帷幕注漿方式對巷道掘進輪廓線外10 m 范圍封堵導(dǎo)水裂隙并對破碎煤巖體進行加固。依據(jù)現(xiàn)場條件對注漿鉆孔布置方案以及注漿材料等進行確定。

通過帷幕注漿加固后，巷道掘進至斷層影響范圍內(nèi)涌水量控制在3.0 m3/h 以內(nèi)；同時采用錨網(wǎng)索、架棚、表層噴漿圍巖支護措施后，巷道頂板基本不出現(xiàn)淋水情況，頂?shù)装?、兩幫最大變形量分別控制在45 mm、32 mm 以內(nèi)，變形量整體較小，表明現(xiàn)場采用的防治水技術(shù)取得較高的效果，可確保巷道掘進安全并控制圍巖變形。