8804掘进巷道顶板防治水技术实践研究

杨洪勇

（大同煤矿集团宏泰矿山工程建设有限责任公司，山西 大同 037003）

四台矿是大同煤矿集团的主力生产矿井，位于大同煤田西北部，面积约65.46km2。采用斜井立井混合式开拓方式，主采煤层有11#、12#、14#三层，现开采的主要是12#、14#煤层。8804工作面由四台矿综采一队进行开采作业，在掘进当中发现巷道顶板的采空区有积水现象，严重危害到煤矿开采的正常进行。集团公司安排宏泰矿山工程建设公司来对其掘进巷道进行综合防治水技术的应用研究。

1 矿井概况

四台矿8804工作面在胶带顺槽里程1706～1784m间揭露一落差0.4m、走向近南北的逆断层，该断层造成顶板局部岩层破碎，但无导水迹象。工作面其他部位无导水断层揭露，不存在断层导水现象。通过掘进巷道、探水钻孔以及密集分布的抽放瓦斯钻孔资料，工作面范围内没有发现隐伏陷落柱等构造。

该工作面回采期间主要充水水源为12#煤层顶底板砂岩裂隙水的渗透性补给。4#煤顶板岩性主要由中粗粒砂岩和泥岩组成，在顶板60m的导水裂缝带范围内，砂岩厚度35.4m，占层厚的59%，煤层底板有6.14～9.49m的厚层中粗砂岩。在4条顺槽的掘进过程中，胶带顺槽里程640～850m之间、11#回风顺槽里程600～750m之间顶板有较大的淋水过程，其中胶带顺槽最大涌水量30.6m3/h，单个锚索眼水量11m3/h；回风顺槽最大涌水量7.2m3/h。上述两段出水较大的巷道基本处于同一宽缓向斜的核部。经过2处巷道对砂岩裂隙水的长时间疏放，其后巷道掘进过程中基本没有砂岩裂隙水的危害，说明工作面在局部砂岩裂隙发育处有裂隙水赋存，表现为静储量消耗型为主，易于疏干，对工作面安全回采影响不大。该工作面奥灰水位838m，煤层顶板承受的奥灰水压0.99～1.61MPa，底板隔水层厚度163.85～169.48m，突水系数 0.0159～0.0197MPa/m，属于安全带压开采区，在未遇到隐伏构造如导水断层和陷落柱等情况下，一般不会发生奥灰突水，但必须要有资质的单位编制带压开采设计，进行进一步防治。

2 巷道的支护情况

8804综放工作面是四台矿的首采工作面，掘进巷道主要是采用锚杆、锚索、钢筋网、梯子梁联合支护，其具体的支护情况见表1所示。顶板破碎段采用加强锚索（补打）方式加强支护。

3 瞬变探测法原理及探测结果

在掘进巷道顶板的防治水过程当中，必须要做好准确的预报。一般使用瞬变电磁法来对顶板积水的水压、水量及范围进行相关的准确测量。瞬变电磁技术在煤矿井下水文地质情况的探测应用情况已非常多，主要优势在于不需要对检测物体进行直接的接触。本次掘进巷道超前探测使用的是矿用瞬变电磁仪YCS40（A）。该仪器具有抗干扰、轻便、自动化程度高等特点。本次对于8804工作面掘进巷道的探测，采用2m×2m的多匝数矩形回线装置进行测量。按要求对每一测进行与煤壁成0°、30°、45°、60°共4个方向的探测，保障可以对巷道的顶板和上覆岩层进行全面覆盖。探测过程的探测点布置情况见图1所示。

图1 迎头测点布置

测量过程中，实际探测迎头前方90m，解释迎头前方90m，盲区为10m，确定探测间隔距离为60m。数据经瞬变电磁仪配套系统进行处理。其检测结果为采空区每个积水区域静水量在500～2000m3之间，水压一般小于0.3MPa。

4 排水及注浆堵水措施

4.1 排水措施分析

四台矿井下设有中央泵房，各盘区及巷道积水通过水泵或泄水孔排至1030大巷水沟，流入中央泵房水仓。中央水泵房安装DK400-22型离心式水泵4台，其中2台工作，1台备用，1台检修。沈阳水泵厂生产，电机功率440kW，额定扬程206m，沿付井筒安装Φ250mm排水管路2趟（1趟工作，1趟备用），排水高度约183.34m，水泵技术测定每台水泵平均每小时排水量为320m3/h，矿井设主、付水仓，水仓总容量为3162.8m3。在8804工作面两顺槽内低洼处水泵窝配备5.5kW水泵，头、尾备4寸泵进行备用。

在运输巷道进行施工，通过“巷道顶板高位钻孔”的措施来进行排水作业。视排水量的情况可以在轨道巷增补相应的排水孔。排水孔的布置如图2所示，孔位置选择在迎头后方10m处，顶板靠近两帮50cm处同时设置1个排水孔。根据采空区积水的面积来确定具体的施工角度，还需要考虑孔与孔之间对锚固的破坏作用。

图2 排水孔布置图

4.2 注浆措施

注浆措施需要根据积水区下方巷道顶板的淋水情况进行相应的现场决定。对于积水区下方没有出现大面积淋水，进行单个排水孔的注浆措施就行了，顶板淋水面积较大，需要“深孔+浅孔”结合的方式进行注浆堵水。

进行注浆作业时，将用来做为观察孔的排水孔打开进行排水，以监视注浆效果并防止被注浆液堵塞，当注意到观察孔排出的水中混有注浆液时，停止注浆操作并实行封孔作业。注浆选用ZBQ-27/1.5矿用气动注浆泵，操作过程发现积水区域的水压不高，深孔注浆以对巷道顶板积水区岩石裂隙进行填充为主，对巷道顶板进行加固，注浆压强为4MPa。浅孔注浆用于淋水面积较大、淋水较多的积水区下方巷道，一方面配合深孔进行堵水，另一方面增加顶板强度。浅孔利用锚杆钻机进行注浆孔打眼，以风压做动力进行注浆，风压一般大于0.5MPa，根据淋水情况观测并保证注浆效果。浅孔注浆在迎头已支护区域进行，每向前掘进支护5m，即进行一次浅孔注浆。注浆孔深为4m，布置在顶板及两帮如图3所示。

图3 浅孔注浆钻孔布置图

注浆材料选用pc325#水泥与粗砂，并将其按照1:1来进行混合配比。注浆措施实施后，观察其顶板体淋水的情况，再进行第2次的加密孔注浆堵水工作。

4.3 管理及安全措施

“预测预报、有采必探、先治后采”是防治水害的基本原则，四台矿坚持这一原则。遇到下列情况：（1）当掘进到接近含、导水断层、溶洞和导水陷落柱时；（2）当工作面巷道底板强承压含水层时，威胁的采煤工作面；（3）当快要接近于灌浆区时。以上情况都必须探水采掘。

5 实践效果分析

四台矿8804工作面掘进巷道顶板采用综合防治水技术取得了很好的实践效果。在长达4500m的掘进过程当中，共发现13处顶板积水，总的排水量达到了21544 m3。在8号积水点因其水量大，增加2个排水钻孔。9号积水点的顶板泥岩软化问题导致了掘进当中的支护困扰。决定停工先对顶板水做排干处理，使用所有排水孔进行深孔注浆，随后进行支护并实施浅孔注浆。围岩稳定后再在积水点下方重新施工观察孔，用于水量观察及排水。在8804工作面巷道掘进过程中，多次降雨也没有对水压产生影响，巷道注浆段及喷浆支护的顶板和两帮均没有有淋水现象，整个防治水的效果明显，有效地保障了四台矿8804工作面掘进巷道的安全。