综合防治水技术在掘进巷道过断层破碎带中的应用

胡建广

【摘 要】 为了确保承压水威胁巷道过断层带的掘进安全，文章提出采用超前注浆+U型钢强化支护+二次注浆（砌碹）方式进行防治水，并对防治水技术方案进行详细设计，最终实现了巷道安全、快速通过断层破碎带。主要研究成果为：1）通过超前注浆在巷道掘进轮廓线外20m（底板35m）范围内形成注浆止水帷幕，不仅可降低水害威胁而且为巷道掘进创造了良好条件;2）掘进过断层破碎带时采用短掘、强支方式可降低巷道掘进对围岩扰动;3）在断层破碎带及两侧各19m范围内采用U型钢、砌碹及二次注浆，可在巷道周边形成二次防水屏障。文章所提巷道过断层破碎带防治水技术方案确保了巷道掘进以及后续使用安全，同时为其他矿井类似情况防治水工作开展提供了经验借鉴。

【关键词】 巷道掘进;承压含水层;断层破碎带;注浆加固;防治水;砌碹支护

【中图分类号】 TD745 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）01-0001-02

随着采深增加，煤炭赋存条件更趋复杂，其中水害、地质构造日益成为制约煤矿生产安全的不利因素。当掘进巷道通过导水断层破碎带时，若不能针对性采取防治水措施可能会出现突水事故，给巷道掘进以及煤矿生产安全带来严重威胁。本文在以往研究成果基础上，针对某矿南3采区轨道运输巷掘进过F12断层破碎带期间的防治水问题展开探讨，提出超前底板注浆加固+二次注浆（砌碹）方式加固巷道，从根本上解除了底板承压水对巷道掘进安全的威胁。

1工程概述

某矿南3采区轨道运输巷掘进断面为半圆拱型，顶底板岩性以砂质泥岩、泥岩以及粉砂岩为主，围岩赋存较为稳定，巷道沿着6号煤层底板掘进。

已有的地质资料显示，巷道掘进至520m时会揭露F12断层（H=45m，108°∠71°），该断层破碎带宽度达到42m，预计巷道掘进过程中会揭露若干落差较小的次生断层。6号煤层开采过程中主要涌水水源为底板承压水含水层。南3采区轨道运输巷底板掘进标高为+670m、底板承压水水头标高为+860m，虽然该巷道与底板承压水间有厚度超过110m的岩层且中间夹杂有两层泥岩、砂质泥岩隔水层，但是在F12断层影响下，巷道掘进过断层破碎带期间仍有较大的突水危险。

2断层含水情况探测

在南3采区轨道运输巷掘进至470m位置时（即与断层相距50m），在掘进迎头施工8个探测孔，探测破碎带导水情况。布置的探测孔均穿过断层破碎带，其中仅有2个探测孔（探测位置位于掘进迎头前方）有少量水流出，其余的探测钻孔均未出现出水情况。

在掘进迎头采用瞬变电磁仪（型号为YCS-160/Protem）对断层赋水情况进行探测，具体探测结果见图1。从图中看出F12断层破碎带内仅有部分位置为低阻异常区且该低阻异常区位于掘进迎头位置处。瞬变电磁探测到的低阻异常区与探测钻孔探测到的出水位置接近，因而判定该断层破碎带导水性弱。

同时结合其他巷道掘进揭露F18断层涌水情况，综合判定南3采区轨道运输巷掘进过断层破碎带时出现出水可能性较小。但是由于该断层落差大且与下部承压含水层相距仅为110m，为了避免巷道掘进过断层期间由于掘进导致断层出水以及断层滞后出水，应根据断层赋存以及巷道掘进情况，制定针对性防治水技术方案。

3掘进过断层破碎带防治水技术方案

3.1超前注浆加固

3.1.1超前加固方案

在巷道掘进至501m位置时（即与断层相距19m）布置超前注浆钻孔加固断层破碎带，从而在巷道掘进轮廓线外20m以内形成注浆止水帷幕，具体见图2。注浆钻孔钻进采用型号ZDY3500L，注浆泵型号为ZBYS-40/12.5-18.5，注浆孔扩散半径按照5～10m设计。在注浆过程中先注入水灰比较高的稀浆液、后注入水灰比较低的稠浆液，单个注浆孔重复注浆2～3次，确保注浆浆液在断层破碎带内扩散均匀。

由于巷道掘进过断层破碎带时主要的突水隐患为底板承压水含水层，因此，在超前注浆加固过程中应重点对断层破碎带底板进行强化加固。底板强化注浆孔为3排，钻孔间距均按照15m布置，控制巷道底板下方35m范围，具体底板注浆强化钻孔布置见图3。

3.1.2注浆浆液

为了提高注浆浆液结石率以及破碎带岩体胶结形成的胶结体抗压强度、防水能力，注浆浆液选用水泥单液浆、水泥-水玻璃双液浆，双液浆中添加的水玻璃波美度为40～45（°Bé）、模数为3.0～3.2。注浆过程中以水泥单液浆为主，当浆液流失严重时选用水泥-水玻璃双液浆。

单孔注浆分三次进行，第一次、第二次、第三次注浆时注浆浆液水灰比分别为1∶0.5、1∶0.6、1∶0.8，通过多次注浆使得浆液与破碎岩体充分胶结。

3.2掘进及围岩控制

由于巷道采用炮掘方式掘进，在掘进过断层破碎带时通过增加炮眼、缩小循环进度来达到快速掘进、降低掘进对围岩影响。正常段巷道围岩支护采用锚网索支护方式，在过断层破碎带时采用U型钢拱架强化围岩控制。在断层破碎带两侧支护距离按照隔水煤柱宽度设计，具体可通过下式计算：

将上述参数带入公式（1）求得L=19m，因此在断层破碎带两侧19m范围内均采用U型钢进行补强加固。

3.3二次注浆加固

在巷道掘进过断层破碎带期间以及掘进通过断层破碎带后发现破碎带附近巷道存在渗水情况时，应立刻停止掘进，对断层破碎带围岩进行二次注浆加固，封堵潜在的导水裂隙。当掘进过断层破碎带时围岩无渗水情况时，掘进过破碎带19m后即可停止掘进，对断层破碎带两侧各19m范围进行砌碹，并进行壁后注浆。

3.4应用效果分析

巷道掘进过F12断层（H=45m，108°∠71°）破碎带期间围岩未出现涌水，掘进进尺保持约为3.6m/d，耗时11d掘进通过断层破碎带。过断层破碎带期间围岩矿压未出现异常，顶底板、巷帮围岩位移量均在20mm以内。

4结束语

采用钻探、物探方式对F12断层富水以及导水情况进行探测，综合判断该断层富水性较弱，巷道掘进过断层期间突水可能性较小。但是由于巷道底板下方约110m位置为承压水含水层，水头压力达到1.9MPa，F12断层落差达到45m，存在掘进动压影响活化断层从而出现断层突水问题。

为了实现巷道掘進安全，提出采用超前注浆方式在巷道轮廓线外围20m范围内形成止水帷幕，并通过强化底板注浆加固在顶板破碎带内形成超过35m的注浆加固范围;巷道掘进过断层期间采用短掘、强支方式降低巷道掘进对断层破碎带影响;掘进完成后在断层破碎带及两侧各20m范围进行砌碹支护。

巷道掘进过断层破碎带期间未出现涌水问题，巷道掘进进尺虽然有所降低但仍保持3.6m/d掘进速度，巷道耗时11d掘进通过断层破碎带，实现了快速、安全掘进。

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