綜合防治水技術(shù)在掘進巷道過斷層破碎帶中的應(yīng)用

胡建廣

【摘 要】 為了確保承壓水威脅巷道過斷層帶的掘進安全，文章提出采用超前注漿+U型鋼強化支護+二次注漿（砌碹）方式進行防治水，并對防治水技術(shù)方案進行詳細設(shè)計，最終實現(xiàn)了巷道安全、快速通過斷層破碎帶。主要研究成果為：1）通過超前注漿在巷道掘進輪廓線外20m（底板35m）范圍內(nèi)形成注漿止水帷幕，不僅可降低水害威脅而且為巷道掘進創(chuàng)造了良好條件;2）掘進過斷層破碎帶時采用短掘、強支方式可降低巷道掘進對圍巖擾動;3）在斷層破碎帶及兩側(cè)各19m范圍內(nèi)采用U型鋼、砌碹及二次注漿，可在巷道周邊形成二次防水屏障。文章所提巷道過斷層破碎帶防治水技術(shù)方案確保了巷道掘進以及后續(xù)使用安全，同時為其他礦井類似情況防治水工作開展提供了經(jīng)驗借鑒。

【關(guān)鍵詞】 巷道掘進;承壓含水層;斷層破碎帶;注漿加固;防治水;砌碹支護

【中圖分類號】 TD745 【文獻標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）01-0001-02

隨著采深增加，煤炭賦存條件更趨復(fù)雜，其中水害、地質(zhì)構(gòu)造日益成為制約煤礦生產(chǎn)安全的不利因素。當(dāng)掘進巷道通過導(dǎo)水?dāng)鄬悠扑閹r，若不能針對性采取防治水措施可能會出現(xiàn)突水事故，給巷道掘進以及煤礦生產(chǎn)安全帶來嚴重威脅。本文在以往研究成果基礎(chǔ)上，針對某礦南3采區(qū)軌道運輸巷掘進過F12斷層破碎帶期間的防治水問題展開探討，提出超前底板注漿加固+二次注漿（砌碹）方式加固巷道，從根本上解除了底板承壓水對巷道掘進安全的威脅。

1工程概述

某礦南3采區(qū)軌道運輸巷掘進斷面為半圓拱型，頂?shù)装鍘r性以砂質(zhì)泥巖、泥巖以及粉砂巖為主，圍巖賦存較為穩(wěn)定，巷道沿著6號煤層底板掘進。

已有的地質(zhì)資料顯示，巷道掘進至520m時會揭露F12斷層（H=45m，108°∠71°），該斷層破碎帶寬度達到42m，預(yù)計巷道掘進過程中會揭露若干落差較小的次生斷層。6號煤層開采過程中主要涌水水源為底板承壓水含水層。南3采區(qū)軌道運輸巷底板掘進標(biāo)高為+670m、底板承壓水水頭標(biāo)高為+860m，雖然該巷道與底板承壓水間有厚度超過110m的巖層且中間夾雜有兩層泥巖、砂質(zhì)泥巖隔水層，但是在F12斷層影響下，巷道掘進過斷層破碎帶期間仍有較大的突水危險。

2斷層含水情況探測

在南3采區(qū)軌道運輸巷掘進至470m位置時（即與斷層相距50m），在掘進迎頭施工8個探測孔，探測破碎帶導(dǎo)水情況。布置的探測孔均穿過斷層破碎帶，其中僅有2個探測孔（探測位置位于掘進迎頭前方）有少量水流出，其余的探測鉆孔均未出現(xiàn)出水情況。

在掘進迎頭采用瞬變電磁儀（型號為YCS-160/Protem）對斷層賦水情況進行探測，具體探測結(jié)果見圖1。從圖中看出F12斷層破碎帶內(nèi)僅有部分位置為低阻異常區(qū)且該低阻異常區(qū)位于掘進迎頭位置處。瞬變電磁探測到的低阻異常區(qū)與探測鉆孔探測到的出水位置接近，因而判定該斷層破碎帶導(dǎo)水性弱。

同時結(jié)合其他巷道掘進揭露F18斷層涌水情況，綜合判定南3采區(qū)軌道運輸巷掘進過斷層破碎帶時出現(xiàn)出水可能性較小。但是由于該斷層落差大且與下部承壓含水層相距僅為110m，為了避免巷道掘進過斷層期間由于掘進導(dǎo)致斷層出水以及斷層滯后出水，應(yīng)根據(jù)斷層賦存以及巷道掘進情況，制定針對性防治水技術(shù)方案。

3掘進過斷層破碎帶防治水技術(shù)方案

3.1超前注漿加固

3.1.1超前加固方案

在巷道掘進至501m位置時（即與斷層相距19m）布置超前注漿鉆孔加固斷層破碎帶，從而在巷道掘進輪廓線外20m以內(nèi)形成注漿止水帷幕，具體見圖2。注漿鉆孔鉆進采用型號ZDY3500L，注漿泵型號為ZBYS-40/12.5-18.5，注漿孔擴散半徑按照5～10m設(shè)計。在注漿過程中先注入水灰比較高的稀漿液、后注入水灰比較低的稠漿液，單個注漿孔重復(fù)注漿2～3次，確保注漿漿液在斷層破碎帶內(nèi)擴散均勻。

由于巷道掘進過斷層破碎帶時主要的突水隱患為底板承壓水含水層，因此，在超前注漿加固過程中應(yīng)重點對斷層破碎帶底板進行強化加固。底板強化注漿孔為3排，鉆孔間距均按照15m布置，控制巷道底板下方35m范圍，具體底板注漿強化鉆孔布置見圖3。

3.1.2注漿漿液

為了提高注漿漿液結(jié)石率以及破碎帶巖體膠結(jié)形成的膠結(jié)體抗壓強度、防水能力，注漿漿液選用水泥單液漿、水泥-水玻璃雙液漿，雙液漿中添加的水玻璃波美度為40～45（°Bé）、模數(shù)為3.0～3.2。注漿過程中以水泥單液漿為主，當(dāng)漿液流失嚴重時選用水泥-水玻璃雙液漿。

單孔注漿分三次進行，第一次、第二次、第三次注漿時注漿漿液水灰比分別為1∶0.5、1∶0.6、1∶0.8，通過多次注漿使得漿液與破碎巖體充分膠結(jié)。

3.2掘進及圍巖控制

由于巷道采用炮掘方式掘進，在掘進過斷層破碎帶時通過增加炮眼、縮小循環(huán)進度來達到快速掘進、降低掘進對圍巖影響。正常段巷道圍巖支護采用錨網(wǎng)索支護方式，在過斷層破碎帶時采用U型鋼拱架強化圍巖控制。在斷層破碎帶兩側(cè)支護距離按照隔水煤柱寬度設(shè)計，具體可通過下式計算：

將上述參數(shù)帶入公式（1）求得L=19m，因此在斷層破碎帶兩側(cè)19m范圍內(nèi)均采用U型鋼進行補強加固。

3.3二次注漿加固

在巷道掘進過斷層破碎帶期間以及掘進通過斷層破碎帶后發(fā)現(xiàn)破碎帶附近巷道存在滲水情況時，應(yīng)立刻停止掘進，對斷層破碎帶圍巖進行二次注漿加固，封堵潛在的導(dǎo)水裂隙。當(dāng)掘進過斷層破碎帶時圍巖無滲水情況時，掘進過破碎帶19m后即可停止掘進，對斷層破碎帶兩側(cè)各19m范圍進行砌碹，并進行壁后注漿。

3.4應(yīng)用效果分析

巷道掘進過F12斷層（H=45m，108°∠71°）破碎帶期間圍巖未出現(xiàn)涌水，掘進進尺保持約為3.6m/d，耗時11d掘進通過斷層破碎帶。過斷層破碎帶期間圍巖礦壓未出現(xiàn)異常，頂?shù)装濉⑾飵蛧鷰r位移量均在20mm以內(nèi)。

4結(jié)束語

采用鉆探、物探方式對F12斷層富水以及導(dǎo)水情況進行探測，綜合判斷該斷層富水性較弱，巷道掘進過斷層期間突水可能性較小。但是由于巷道底板下方約110m位置為承壓水含水層，水頭壓力達到1.9MPa，F(xiàn)12斷層落差達到45m，存在掘進動壓影響活化斷層從而出現(xiàn)斷層突水問題。

為了實現(xiàn)巷道掘進安全，提出采用超前注漿方式在巷道輪廓線外圍20m范圍內(nèi)形成止水帷幕，并通過強化底板注漿加固在頂板破碎帶內(nèi)形成超過35m的注漿加固范圍;巷道掘進過斷層期間采用短掘、強支方式降低巷道掘進對斷層破碎帶影響;掘進完成后在斷層破碎帶及兩側(cè)各20m范圍進行砌碹支護。

巷道掘進過斷層破碎帶期間未出現(xiàn)涌水問題，巷道掘進進尺雖然有所降低但仍保持3.6m/d掘進速度，巷道耗時11d掘進通過斷層破碎帶，實現(xiàn)了快速、安全掘進。

【參考文獻】

[1]弓鋒鋒.巷道過斷層破碎帶的防治水技術(shù)探析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2019（15）：19，21.

[2]蔡驥.防治水災(zāi)害中巷道過斷層破碎帶注漿技術(shù)的應(yīng)用與探討[J].煤礦現(xiàn)代化，2019（4）：84-86.

[3]王.防治水災(zāi)害中巷道過斷層破碎帶注漿堵水技術(shù)的應(yīng)用探析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014，33（23）：60-61.

[4]陳亮.巷道過斷層破碎帶的防治水技術(shù)探析[J].煤，2014，23（2）：69-70.

[5]董守義.巷道過復(fù)雜斷裂帶管棚支護技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（8）：27-29，34.

[6]鄒光華，張鳳巖，宋彥波.巷道過含水?dāng)鄬悠扑閹У淖{加固技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，38（6）：50-53.

[7]林建和.巷道過斷層破碎帶注漿堵水技術(shù)在防治水災(zāi)害中的應(yīng)用[J].安全與健康，2010（17）：41-42.

[8]蘇曉建，周世軒，張鵬，等.巷道過斷層破碎帶注漿防治水技術(shù)研究[J].中州煤炭，2013（8）：7-9，13.