8804掘進巷道頂板防治水技術實踐研究

楊洪勇

（大同煤礦集團宏泰礦山工程建設有限責任公司，山西 大同 037003）

四臺礦是大同煤礦集團的主力生產礦井，位于大同煤田西北部，面積約65.46km2。采用斜井立井混合式開拓方式，主采煤層有11#、12#、14#三層，現開采的主要是12#、14#煤層。8804工作面由四臺礦綜采一隊進行開采作業，在掘進當中發現巷道頂板的采空區有積水現象，嚴重危害到煤礦開采的正常進行。集團公司安排宏泰礦山工程建設公司來對其掘進巷道進行綜合防治水技術的應用研究。

1 礦井概況

四臺礦8804工作面在膠帶順槽里程1706～1784m間揭露一落差0.4m、走向近南北的逆斷層，該斷層造成頂板局部巖層破碎，但無導水跡象。工作面其他部位無導水斷層揭露，不存在斷層導水現象。通過掘進巷道、探水鉆孔以及密集分布的抽放瓦斯鉆孔資料，工作面范圍內沒有發現隱伏陷落柱等構造。

該工作面回采期間主要充水水源為12#煤層頂底板砂巖裂隙水的滲透性補給。4#煤頂板巖性主要由中粗粒砂巖和泥巖組成，在頂板60m的導水裂縫帶范圍內，砂巖厚度35.4m，占層厚的59%，煤層底板有6.14～9.49m的厚層中粗砂巖。在4條順槽的掘進過程中，膠帶順槽里程640～850m之間、11#回風順槽里程600～750m之間頂板有較大的淋水過程，其中膠帶順槽最大涌水量30.6m3/h，單個錨索眼水量11m3/h；回風順槽最大涌水量7.2m3/h。上述兩段出水較大的巷道基本處于同一寬緩向斜的核部。經過2處巷道對砂巖裂隙水的長時間疏放，其后巷道掘進過程中基本沒有砂巖裂隙水的危害，說明工作面在局部砂巖裂隙發育處有裂隙水賦存，表現為靜儲量消耗型為主，易于疏干，對工作面安全回采影響不大。該工作面奧灰水位838m，煤層頂板承受的奧灰水壓0.99～1.61MPa，底板隔水層厚度163.85～169.48m，突水系數 0.0159～0.0197MPa/m，屬于安全帶壓開采區，在未遇到隱伏構造如導水斷層和陷落柱等情況下，一般不會發生奧灰突水，但必須要有資質的單位編制帶壓開采設計，進行進一步防治。

2 巷道的支護情況

8804綜放工作面是四臺礦的首采工作面，掘進巷道主要是采用錨桿、錨索、鋼筋網、梯子梁聯合支護，其具體的支護情況見表1所示。頂板破碎段采用加強錨索（補打）方式加強支護。

3 瞬變探測法原理及探測結果

在掘進巷道頂板的防治水過程當中，必須要做好準確的預報。一般使用瞬變電磁法來對頂板積水的水壓、水量及范圍進行相關的準確測量。瞬變電磁技術在煤礦井下水文地質情況的探測應用情況已非常多，主要優勢在于不需要對檢測物體進行直接的接觸。本次掘進巷道超前探測使用的是礦用瞬變電磁儀YCS40（A）。該儀器具有抗干擾、輕便、自動化程度高等特點。本次對于8804工作面掘進巷道的探測，采用2m×2m的多匝數矩形回線裝置進行測量。按要求對每一測進行與煤壁成0°、30°、45°、60°共4個方向的探測，保障可以對巷道的頂板和上覆巖層進行全面覆蓋。探測過程的探測點布置情況見圖1所示。

圖1 迎頭測點布置

測量過程中，實際探測迎頭前方90m，解釋迎頭前方90m，盲區為10m，確定探測間隔距離為60m。數據經瞬變電磁儀配套系統進行處理。其檢測結果為采空區每個積水區域靜水量在500～2000m3之間，水壓一般小于0.3MPa。

4 排水及注漿堵水措施

4.1 排水措施分析

四臺礦井下設有中央泵房，各盤區及巷道積水通過水泵或泄水孔排至1030大巷水溝，流入中央泵房水倉。中央水泵房安裝DK400-22型離心式水泵4臺，其中2臺工作，1臺備用，1臺檢修。沈陽水泵廠生產，電機功率440kW，額定揚程206m，沿付井筒安裝Φ250mm排水管路2趟（1趟工作，1趟備用），排水高度約183.34m，水泵技術測定每臺水泵平均每小時排水量為320m3/h，礦井設主、付水倉，水倉總容量為3162.8m3。在8804工作面兩順槽內低洼處水泵窩配備5.5kW水泵，頭、尾備4寸泵進行備用。

在運輸巷道進行施工，通過“巷道頂板高位鉆孔”的措施來進行排水作業。視排水量的情況可以在軌道巷增補相應的排水孔。排水孔的布置如圖2所示，孔位置選擇在迎頭后方10m處，頂板靠近兩幫50cm處同時設置1個排水孔。根據采空區積水的面積來確定具體的施工角度，還需要考慮孔與孔之間對錨固的破壞作用。

圖2 排水孔布置圖

4.2 注漿措施

注漿措施需要根據積水區下方巷道頂板的淋水情況進行相應的現場決定。對于積水區下方沒有出現大面積淋水，進行單個排水孔的注漿措施就行了，頂板淋水面積較大，需要“深孔+淺孔”結合的方式進行注漿堵水。

進行注漿作業時，將用來做為觀察孔的排水孔打開進行排水，以監視注漿效果并防止被注漿液堵塞，當注意到觀察孔排出的水中混有注漿液時，停止注漿操作并實行封孔作業。注漿選用ZBQ-27/1.5礦用氣動注漿泵，操作過程發現積水區域的水壓不高，深孔注漿以對巷道頂板積水區巖石裂隙進行填充為主，對巷道頂板進行加固，注漿壓強為4MPa。淺孔注漿用于淋水面積較大、淋水較多的積水區下方巷道，一方面配合深孔進行堵水，另一方面增加頂板強度。淺孔利用錨桿鉆機進行注漿孔打眼，以風壓做動力進行注漿，風壓一般大于0.5MPa，根據淋水情況觀測并保證注漿效果。淺孔注漿在迎頭已支護區域進行，每向前掘進支護5m，即進行一次淺孔注漿。注漿孔深為4m，布置在頂板及兩幫如圖3所示。

圖3 淺孔注漿鉆孔布置圖

注漿材料選用pc325#水泥與粗砂，并將其按照1:1來進行混合配比。注漿措施實施后，觀察其頂板體淋水的情況，再進行第2次的加密孔注漿堵水工作。

4.3 管理及安全措施

“預測預報、有采必探、先治后采”是防治水害的基本原則，四臺礦堅持這一原則。遇到下列情況：（1）當掘進到接近含、導水斷層、溶洞和導水陷落柱時；（2）當工作面巷道底板強承壓含水層時，威脅的采煤工作面；（3）當快要接近于灌漿區時。以上情況都必須探水采掘。

5 實踐效果分析

四臺礦8804工作面掘進巷道頂板采用綜合防治水技術取得了很好的實踐效果。在長達4500m的掘進過程當中，共發現13處頂板積水，總的排水量達到了21544 m3。在8號積水點因其水量大，增加2個排水鉆孔。9號積水點的頂板泥巖軟化問題導致了掘進當中的支護困擾。決定停工先對頂板水做排干處理，使用所有排水孔進行深孔注漿，隨后進行支護并實施淺孔注漿。圍巖穩定后再在積水點下方重新施工觀察孔，用于水量觀察及排水。在8804工作面巷道掘進過程中，多次降雨也沒有對水壓產生影響，巷道注漿段及噴漿支護的頂板和兩幫均沒有有淋水現象，整個防治水的效果明顯，有效地保障了四臺礦8804工作面掘進巷道的安全。