淺談掘進巷道頂板綜合防治水技術

董宏凱 李錕

摘 要：某煤礦的第10號頂板的采空區由于積水出現了危害，對在進行掘進10號和11號煤聯合巷道，為避免積水的危害，對頂板水探測技術進行強化，并采取打通深孔進行排水、進行注漿堵水、紅外線探測及留觀察孔等方式，對巷道頂板水開展綜合防治措施。

關鍵詞：掘進巷道；頂板；防治水

前言

礦井采空區的積水對礦井的危害巨大，尤其是對掘進巷道過程中，應采取綜合的防治水的措施，對巷道頂板水開展防治，避免積水對礦井造成的危害。

1 礦井的基本情況

該煤礦的第10號和第11號運輸巷道大小基本一致，都是4.4米寬、2.8米高的軌道巷，在這兩個巷道的上部是大巷煤柱及第7和第9號礦道，但第7和第9礦道已出現大量的采空區。在10號礦道的上部的采空區達到了11米多，其頂部為砂質的泥巖。沿著10巷道煤頂板掘進的半煤巖巷，采用錨桿、錨網和噴漿聯合方式進行支護。礦井的含水層比較少，第7和第10煤層的含水層是由于巖石裂隙含水層，礦區為山區，無地表水，雖然在這樣并不復雜的水文條件下，但是由于該處為山體構造，且煤層在比較淺的表層上，基本沒有土層，隔水性能非常有限，雨水及附近聚集的水源可直接從巖石的裂縫處進入到頂板上層的采空區中，形成較大的蓄水層。日積月累下，會形成越來越多的水源。而由于雨水等水分的酸堿度等問題，與頂板的巖石進行反應，長時間下就會使頂板強度減弱，給巷道的支護帶來很大的危險和困難。事實也證明了此點，在該巷道掘進的初期，就曾在多處出現過滲水、淋水、漏水的情況，甚至在巷道的低洼處一度由于積水淹沒了膠帶機而致使掘進工作停滯。而當巷道掘進工作推進到480多米時，更是出現了錨固失效的狀況，從而造成冒落矸石30多噸，使施工人員的生命安全收到了威脅。工作組結合其他巷道的掘進情況，進行相關探測，認定該采空區的積水為積水量不多，但存在多處積水點的情況。從這些實際工作中我們可以看到，積水、漏水和頂板強度下降給巷道的安全掘進帶來了很大的威脅，所以應對此加以重視，開展有效的綜合治理頂板水的方案和措施。

2 探測方式的選擇和探測結果

2.1 探測方式的選擇

在進行防治水的治理時，能夠正確的判斷和預測頂板水的量和位置是開展一切工作的前提和關鍵。如何實現對頂板上積水的水壓、水量和位置進行準確的判斷，建議采取瞬變電磁法進行探測。瞬變電磁法的勘測原理是利用人工在發射線圈加以脈沖電流，從而產生一個瞬變的電磁場，該磁場通過垂直發射線圈，向兩個方向傳播。一般情況是在地面布設發射線圈，依據半空間的傳播與案例，把地面以上的忽略掉。當磁場向地面或者水源等深部傳播的時候，遇到不同的介質時，產生我流暢或者遵照量子力學原理使活潑的堿金屬產生能級躍遷，又或者時含有大量氫原子的液體的氫原子核沿著磁場方向產生定向的排列。瞬變電磁法具有施工方面、體積效應較小、分辨率較高、探測的距離和范圍大、尤其是對水的反映靈敏的特點，被廣泛的使用與對頂板水的測量工作中。使用瞬變探測法超前探水，對巷道進行超前探測時可使用CUGTEM-4型深部資源勘查型瞬變電磁儀。在該礦井中，為確保測量距離和范圍能夠全部覆蓋10號和11號煤兩巷道的頂板和上層的巖石，可采取多點測量的方法，每個測量點與煤巷的兩墻壁形成0°、30°、45°、60°等4個夾角的方向，其中0°可分別選擇4-6個點。在實際操作過程中，為增強測量的精確度，可以采取對實際測量迎頭前方90米，解釋迎頭前方90米，盲區為10米，間隔測量距離可選擇在60米的距離上，對數據的測量和分析采用MTem2.0的處理系統，進行計算數據分析，得出測量結果。當測量結果的電阻率值高于10Ω時，則可推斷前方范圍內為巖石結構為主，含水量較少。如果測量結果的電阻率低于10Ω時，則可推斷前方巖石有變化或者含有積水。根據這一結果判定，可通過瞬變電磁儀測量出異常區的位置和范圍大小，然后可以通過打孔，穿透異常區進行驗證，驗證異常區是否存在有積水，為后續的排水工作奠定基礎。

在該礦井的掘進過程中，由于10號和11號巷的距離比較近，所以在運輸巷進行測量，并對出現異常處的區域應增加測量的點，從而保證測量結果更為準確。因為之前判斷該處的采空區的積水為多點的小范圍積水，所以應通過多次的測量，分別鑒定出不同區域的不同積水的水量、水壓、位置和覆蓋范圍。

2.2 探測結果

本礦巷通過測量及分析計算，對積水的區域進行的鑒定，并對每個區域的水量進行了計算，得出該采空區的所有集水區的水量在500至2000立方米之間，水壓均在0.3兆帕以下。由于松散的煤層可以緩沖上面巖石的壓力，所以在對采區的巷道進行設計時，應充分考慮這一點，盡量選擇在煤層下部的巖石層進行掘進，可有效防止地壓帶來的破壞危害。

3 對采空區積水采取措施

3.1 排水

對采空區的積水區域可以采取對巷道的頂板進行鉆孔開展排水，可在運輸巷道開展此項工作，如果排水量巨大，可考慮適當增加排水孔的數量，從而加快排水速度。具體方法為，掘進工作進行到距離測量的異常區域在30米左右時暫停掘進，然后在后方10米處即距離異常區域40米左右處，在巷道頂板的靠近兩端墻壁0.5米的距離處各打通一個排水孔位。這時應考慮積水區的大小及位置來確定開通排水孔的角度，應便于放水，確保盡可能的排出全部積水，同時還應考慮施工開孔對錨固的危害程度，確保不能對錨固產生較大危害。采用開孔設備開孔結束后，應將鉆孔中的碎屑、雜石清理干凈，然后用水泥將開孔封住，確保壓力是水壓的2倍左右，維持二十分鐘以上，在這期間應保證開孔與周圍的巖石不再漏水，才能夠再開展下面的工作。然后進行鉆探終孔穿透積水區域，設置柔性的排水管至開口中，連接巷道底部的排水溝進行排水，在排水過程中應記錄號初始的水壓和排水的水流速度。

采取這一方式進行排水，便于工作的開展，有充分的空間來做打孔工作，且基本不會影響下一步的掘進施工，從而有效避免塌孔的情況發生，一直致水壓降至0.1兆帕以下時，就可以恢復掘進施工。

3.2 采取注漿施工

開展注漿施工應考慮頂板上方的積水量，當采空區的積水量減少，可利用其中的一個排水孔進行注漿施工，如果頂板的淋水較多則采用一個深孔一個淺孔結合起來進行注漿堵水，將連接到排水溝上的排水孔一直用作排水和觀測用，其余的孔用作注漿施工，但要防治提前將注漿孔堵塞，當留的觀測孔有漿液流出時，即可停止注漿而進行封孔施工。注漿的目的是通過深孔注漿，將巖石的縫隙進行填充，從而避免新的積水區形成，同時也加固了采空區的巷道壁。利用淺孔注漿配合深孔堵水，同時進一步增強了頂板的硬度和強度，達到穩固頂板的效果。

3.3 注意事項

首先是無論在掘進施工還是打孔施工時都應該確保避災線路暢通，尤其是通風線路暢通。還要保持童心和照明裝置的安全有效，避免施工時對這些設備的損害。其次在鋪設管道的一側開鑿排水溝，巷道內要配置流動的排水泵。另外還應該安排好值班人員，對排水孔排水情況進行實時監測，一旦出現堵塞，要及時進行疏通。

3.4 結果分析

在巷道掘進施工中，一共探測發現有13處頂板積水，與之前我們的判斷是一致的，其中超過1000立方米的積水區域有5處，總共的排水量超過了13000立方米。其中還有一處出現了頂板巖石軟化，不斷脫落的過程，給巷道的掘進帶來了隱患，尤其存在塌方的危險，所以停止了繼續的掘進施工，而是首先對此處進行排干處理，然后利用排水孔進行注漿，加固此處頂板，然后才繼續開始掘進施工。

4 結束語

通過采取掘進巷道綜合防治水技術，根據積水量的實際情況，采取了頂板打孔排水、深孔注漿、淺孔注漿以及留取排水和觀察孔等施工措施。在發現有頂板發生軟化，強度不夠時，采取靈活的首先對該區域進行加固，為今后的施工奠定了安全基礎，通過排水、加固支護等措施，取得了良好的治水效果，確保了巷道掘進的安全施工。

參考文獻：

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