综合防治水技术在综掘煤巷施工中的应用

郭相海

(汾西矿业(集团)有限责任公司 安全监察中心，山西 介休 032000)

综掘技术具有掘进效率高、劳动强度以及安全系数高等优点，可在一定程度上缓解矿井采掘接替紧张问题[1-2]。当掘进巷道顶板岩层富水时如何降低涌水影响是巷道掘进过程中需重点解决的问题[3-5]。山西某矿30902综采工作面回采巷道采用EBZ160掘进机掘进，预计掘进进尺可达到360 m/月，但受到煤层顶板岩层富水影响，巷道掘进过程中涌出量较大，会给围岩支护以及巷道掘进安全带来一定制约。为此，本文提出采用定向长钻孔对巷道顶板进行超前疏排，并结合注浆锚杆封堵巷道围岩导水裂隙，为巷道快速安全掘进创造良好条件。

1 工程概况

30902综采工作面为3采区9号煤层首采工作面，采面设计推进长度550 m，斜长120 m，开采的9号煤层厚度3.75 m，埋深280 m，赋存稳定。9号煤层顶板岩性以泥岩、砂岩和灰岩为主，其中9号煤层顶板出水水源为砂岩裂隙水含水层、隔水层为8号煤及泥岩，含水层厚度分别为13.57～25.40 m、63.27～85.08 m，上述两层含水层是9号煤层采掘活动主要出水水源，具体如图1所示。

图1 9号煤层顶板含水层分布示意(m)

3采区9号煤层大巷在掘进期间曾出现顶板突水情况，其中最大涌出量达到89.7 m3/h。在9号煤大巷进行放水试验，发现Ⅱ含水层及Ⅲ含水层富水性中等、渗透性较强，具体含水层水文地质参数见表1。

表1 含水层水文地质参数

根据已有地质资料并结合采区大巷掘进期间涌出情况，30902工作面回采巷道掘进过程中受顶板含水层威胁严重区域集中在采面中部以及切眼位置。根据已有水文地质资料以及采区大巷掘进涌出情况，分析30902工作面回采巷道掘进期间防治水以及围岩支护工作面临的主要难题为：①9号煤层顶板隔水层厚度较薄，探放水钻孔施工过程中若布置大倾角则面临止水套管长度不满足要求、倾角过小会影响顶板稳定性；②顶板岩层为弱胶结泥岩、砂岩，裂隙发育，会弱化围岩支护采用的锚杆、锚索支护效果；③巷道掘进若顶板出现一定离层会导致弱胶结岩层内出现蓄水，严重时出现冒顶事故。

为此，提出采用定向长钻孔对30902工作面回采巷道掘进影响范围顶板裂隙水进行超前探测及疏排，并采用注浆方式提高巷道围岩稳定性。

2 巷道掘进综合防治水技术

2.1 定向长钻孔探测

采用定向长钻孔探测30902工作面回采巷道掘进影响范围内顶板富水区、裂隙发育程度，具体钻孔开孔位于3采区9号煤辅助运输大巷，具体布置位置如图2所示，在采面回风巷、进风巷顶板上分别布置1个定向长钻孔(编号分别为TF1、TF2)，钻孔终孔位于9号煤层顶板上覆10～15 m砂岩裂隙水含水层内。

图2 定向长钻孔布置示意

钻孔施工采用ZDY6000LD全液压坑道钻机、施工的钻孔孔径73 mm，具体施工过程中使用的设备规格及参数见表2。

2.2 探放水成果及疏排分析

对TF1、TF2定向长钻孔施工期间涌水量进行观测，具体结果如图3所示。可以看出，随着钻孔探测距离增加，钻孔涌水量呈递增趋势，其中在孔深70～100 m、175～218 m以及362～503 m范围内钻孔涌出量递增速度均明显增加，表明上述3个区域为相对富水区。

表2 定向长钻孔施工设备

图3 定向长钻孔施工期间涌水量监测结果

具体定向长钻孔涌水量随排水时间变化曲线如图4所示。可以看出，TF1、TF2定向长钻孔在排水初期涌水量分别为152 m3/h、161 m3/h，但是当TF2定向钻孔施工完毕后TF1钻孔涌水量呈明显降低趋势，主要是由于TF2定向钻孔标高较TF1定向钻孔低，含水层内水主要从TF2定向钻孔涌出，从而导致TF1定向钻孔涌出量明显降低，同时也表明9号煤层上覆Ⅲ号含水层裂隙发育、导水性良好。TF2定向钻孔涌出量前期降低较快，后续逐渐稳定到27 m3/h，表明9号煤层上覆Ⅲ号含水层静存储量有限，同时与Ⅱ号含水层水力联系较差。

图4 定向长钻孔涌水量随排水时间变化曲线

2.3 围岩注浆

虽然采用TF1、TF2定向长钻孔对30902工作面回采巷道顶板砂岩含水层进行超前疏排，并可拦截顶板裂隙水向巷道掘进空间涌出。但是由于9号煤层顶板属于弱胶结岩层，承载能力以及稳定性较差，为此提出采用注浆锚杆对巷道顶板岩层注浆，封堵导水裂隙通道并维护围岩稳定。

30902工作面回采巷道围岩采用锚杆(D22 mm×2 400 mm)，顶板及巷帮分别按照800 mm×1 600 mm、800 mm×1 600 mm间排距布置，整个断面共计布置13根，锚杆采用全长锚固方式，安装完毕后施工高预紧力，并配合钢筋网、钢带护表。在巷道顶板两排锚杆间布置一排中空注浆锚杆(D24 mm×3 000 mm)，注浆锚杆按照1 000 mm×1 600 mm间排距布置。具体巷道中空注浆锚杆以及围岩支护设计如图5。

图5 巷道中空注浆锚杆以及围岩支护设计(mm)

在不影响30902工作面回采巷道正常掘进前提下尽早采用中空注浆锚杆对围岩进行注浆。注浆选择采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水灰比1∶3，并添加水玻璃改善浆液性能(添加量为水泥用量的8%)，注浆压力为3 MPa。

3 综合防治水效果分析

采用定向长钻孔对30902工作面回采巷道掘进范围顶板砂岩裂隙水含水层进行探测、疏排，降低了巷道掘进期间顶板淋水量；对顶板富水区域进行注浆加固，封堵导水裂隙避免出现冒顶问题。

通过综合治理后，30902工作面回采巷道掘进期间涌出量控制在3 m3/h以内，同时未出现顶板不稳定性或者突水事故，表明采取的定向长钻孔、围岩注浆方式取得较好的防治水效果，可满足弱胶结顶板含水层下巷道掘进防治水需要。

4 结 语

1) 30902工作面回采巷道顶板为弱胶结岩层，掘进期间面临顶板含水层涌出量大、围岩稳定性差等因素影响，不仅制约巷道掘进效率而且存在一定安全隐患。为给巷道快速掘进创造良好条件，提出在采区辅助运输巷内布置钻场向回采巷道掘进影响范围施工定向钻孔，对顶板裂隙水含水层富水情况进行探测并超前疏排。

2) 为确保巷道围岩稳定，在巷道掘进至顶板富水区时采用注浆锚杆对顶板进行注浆，封堵潜在的导水裂隙并提高围岩承载能力，避免巷道出现冒顶或者涌出量突然增大等事故。现场应用后，30902工作面回采巷道掘进速度可保持20 m/d，巷道掘进基本不受顶板涌出影响，同时围岩保持稳定。