高承壓水巷道安全掘進(jìn)技術(shù)研究與應(yīng)用

盧永戰(zhàn)

摘 要：亨健公司X采區(qū)水倉(cāng)屬于高承壓水巷道，巷道在掘進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)采取疏水降壓、加強(qiáng)圍巖支護(hù)、提高該水平防排水能力等一系列措施，取得了良好的應(yīng)用效果，確保了巷道的安全掘進(jìn)。

關(guān)鍵詞：防治水；承壓水；安全掘進(jìn)；疏水降壓

中圖分類號(hào)：TD745 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

亨健公司X采區(qū)水倉(cāng)（巷道底板標(biāo)高-335m），超前探測(cè)過(guò)程中，探測(cè)鉆孔出水，經(jīng)進(jìn)一步探測(cè)發(fā)現(xiàn)，X采區(qū)水倉(cāng)掘進(jìn)地區(qū)主要受2號(hào)煤底板下野青灰?guī)r，及巨厚h3火成巖承壓含水層的威脅。根據(jù)X采區(qū)已開(kāi)拓巷道、勘探鉆孔、水文觀測(cè)孔探測(cè)等資料分析，該地區(qū)野青灰?guī)r含水層距離2#煤層底板平均厚度為34.3m。h3火成巖距離2#煤層底板平均厚度為48.6m，水位-56.9m， X采區(qū)水倉(cāng)底板承受水壓為2.82 MPa，且探測(cè)發(fā)現(xiàn)一條橫跨水倉(cāng)全區(qū)較大落差15m斷層，使水倉(cāng)基本全區(qū)地層抬起，水倉(cāng)底板至火成巖間距急劇減少而變薄，安全隔水層厚度不夠，X采區(qū)水倉(cāng)地區(qū)底板下距火成巖實(shí)際平均厚度25m，最大突水系數(shù)達(dá)0.15，超過(guò)了相關(guān)規(guī)定要求，屬于高突水系數(shù)巷道。

同時(shí)，因在X采區(qū)水倉(cāng)掘進(jìn)前，X采區(qū)泵房已經(jīng)掘進(jìn)完成，如對(duì)X采區(qū)水倉(cāng)進(jìn)行重新選址設(shè)計(jì)，則X采區(qū)泵房位置設(shè)計(jì)也將會(huì)變動(dòng)，從而造成大量已掘巷道的浪費(fèi)，另一方面因X采區(qū)開(kāi)拓巷道布置密集，重新對(duì)水倉(cāng)進(jìn)行選址較困難，從而該方案不可取。因此，必須通過(guò)采取相關(guān)的技術(shù)方案，降低巷道掘進(jìn)過(guò)程中的突水系數(shù)，確保巷道安全掘進(jìn)。

1 高承壓水巷道安全掘進(jìn)技術(shù)方案

1.1 實(shí)施疏水降壓，降低水倉(cāng)巷道底板壓力

為了保證巷道的安全掘進(jìn)，必須降低掘進(jìn)地區(qū)承壓水的壓力，從而降低突水系數(shù)，經(jīng)計(jì)算，要保證X采區(qū)水倉(cāng)掘進(jìn)過(guò)程中，突水系數(shù)達(dá)到《煤礦防治水規(guī)定》中要求時(shí)，必須保證水倉(cāng)底板承受的水壓低于0.98 MPa，也就是說(shuō)只要在水倉(cāng)掘進(jìn)區(qū)域范圍內(nèi)水倉(cāng)底板h3火成巖水壓在0.98 MPa以下就是安全的。為此，亨健公司結(jié)合X采區(qū)地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)情況，在X采區(qū)泵房打設(shè)了觀測(cè)孔及放水孔。其中有F-3#、F-6#兩個(gè)放水孔及F-5#、J-2#水壓觀測(cè)孔。放水孔通過(guò)中排水直接通過(guò)疏水管路排出，兩個(gè)放水孔總放水量在130m?/h左右；觀測(cè)孔外端接壓力表，以便于隨時(shí)觀測(cè)承壓水的壓力。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可以看出，放水孔疏放水以后，X采區(qū)水倉(cāng)掘進(jìn)地區(qū)底板承壓水壓力顯著降低，達(dá)到了0.98MPa以下，因此滿足突水系數(shù)要求。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，必須保證疏放水孔的正常、持續(xù)疏放水，對(duì)此應(yīng)制定相關(guān)技術(shù)保證方案及要求：

（1）在水倉(cāng)掘進(jìn)過(guò)程中除了正常疏放水保持安全水壓在0.98 MPa及以下，還必須采取超前探測(cè)措施，進(jìn)行探查掘進(jìn)前方導(dǎo)含水構(gòu)造及對(duì)地質(zhì)異常體及時(shí)分析，確保水倉(cāng)區(qū)域安全掘進(jìn)。

（2）-335m水平正常排水能力應(yīng)能保證在200 m?/h以上，最小排水能力不低于400 m?/h，并保證放水孔不間斷穩(wěn)定疏水量達(dá)到130 m?/h。確保放水孔至排水點(diǎn)疏排水暢通。

（3）放水閥門(mén)必須由專人管理，沒(méi)有技術(shù)部門(mén)允許，任何人不得隨意開(kāi)關(guān)閥門(mén)。

（4）要求施工人員每班派專人觀察觀測(cè)孔壓力表壓力，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水壓超過(guò)規(guī)定值或有明顯變化時(shí)，必須立即停止掘進(jìn)，并立即通知相關(guān)技術(shù)部門(mén)。

1.2 提高-335m水平排水能力及排水安全系數(shù)

（1）完善-335m水平排水系統(tǒng)，提高排水能力

為了滿足-335m水平正常排水能力在200 m?/h以上，最小排水能力不低于400 m?/h的要求，在-335m水平車場(chǎng)設(shè)立了臨時(shí)水倉(cāng)，水倉(cāng)處安設(shè)4臺(tái)水泵，水泵額定排水能力總量為765m?/h，水泵排水效率按70%計(jì)算，-335m水平排水能力為535 m?/h，滿足排水需求。在X采區(qū)軌道下山安裝兩趟排水管，-33m水平排水經(jīng)-335m車場(chǎng)水倉(cāng)，通過(guò)管路排到上水平水倉(cāng)內(nèi)，最終排至地面。

（2）提高排水系統(tǒng)安全系數(shù)

①加強(qiáng)水泵及排水管路檢修維護(hù)工作

為了提高X采區(qū)排水系統(tǒng)安全系數(shù)，儲(chǔ)備了備用泵，以便在水泵故障時(shí)能及時(shí)更換，另在生產(chǎn)過(guò)程中，要加強(qiáng)水泵與輸送管路的檢修工作，并定期對(duì)水泵進(jìn)行切換實(shí)驗(yàn)，確保各水泵均處以完好狀態(tài)。

②采用雙電源供電，提高供電系統(tǒng)安全性

對(duì)X采區(qū)排水泵采用了雙電源、“三專”供電，采用專用電源、專用線纜、專用開(kāi)關(guān)，提升了排水供電系統(tǒng)的安全性。

1.3 加強(qiáng)掘進(jìn)過(guò)程中防治水管理

（1）掘進(jìn)過(guò)程中防治水要求

①掘進(jìn)過(guò)程中，必須每班派人對(duì)觀測(cè)孔壓力及放水孔管路排水口水量進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)觀測(cè)孔水壓大于0.95MPa或排水口水流量發(fā)生明顯變化時(shí)，必須停止掘進(jìn)，并撤出人員，并及時(shí)向相關(guān)部門(mén)匯報(bào)。

②掘進(jìn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)探眼中有水滲出，煤壁掛紅、空氣變冷、頂板來(lái)壓、出現(xiàn)霧氣、有水叫聲、頂板淋頭水加大、底板鼓起或產(chǎn)生裂隙出現(xiàn)滲水等突水預(yù)兆時(shí)，必須立即停止工作，撤出工作面所有人員，并及時(shí)向調(diào)度室匯報(bào)。

③按照預(yù)計(jì)涌水量的要求配備排水設(shè)備，水溝必須跟頭，以保證疏水暢通。

1.4 提高巷道支護(hù)質(zhì)量，減少巷道圍巖變形

（1）加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)，防止巷道頂板冒落

巷道采用初噴及金屬鉸接式可調(diào)前探梁作為臨時(shí)支護(hù)。巷道爆破后，立即對(duì)巷道進(jìn)行初噴以封閉圍巖，防止圍巖風(fēng)化，初噴完成后，采用金屬鉸接式可調(diào)前探梁作為臨時(shí)支護(hù)，對(duì)巷道進(jìn)行正規(guī)支護(hù)。

（2）提高巷道支護(hù)強(qiáng)度，減少圍巖變形

X采區(qū)水倉(cāng)采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)作為永久支護(hù)。巷道頂錨索間排距1.6m×1.6m，每排3根，錨桿減排距為0.8m×0.8m，待巷道頂板破碎或托頂煤掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，或用錨索替代錨桿支護(hù)。同時(shí)，為了減少巷幫變形量，在該巷道施工過(guò)程中，增加了幫錨索及底角錨索的布置，幫錨索每排2根/幫，間排距1m×1.6m，呈三花眼布置；底角錨索每排1根/幫，距巷道底板250mm，與巷幫垂直方向呈30°角斜向下，排距1.6m，與幫錨索呈五花眼布置。支護(hù)網(wǎng)片采用開(kāi)放式鋼筋網(wǎng)片，連網(wǎng)、鋪網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)片要鋪設(shè)整齊，必須正面鋪設(shè)，做到每格必連，用自身鋼筋捆綁，網(wǎng)片要盡可能緊貼初噴漿體面，保證網(wǎng)片有一定的預(yù)緊力。

巷道總噴漿厚度要求不得小于150mm，初噴厚度不小于50mm，二次噴漿前對(duì)巷道支護(hù)質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可噴漿。基礎(chǔ)深度不小于100mm。

（3）加固巷道底板，提高底板承壓力

為了提高巷道底板強(qiáng)度，對(duì)該地區(qū)及后路巷道底板進(jìn)行了注漿加固處理。底板注漿孔排距1.5m，間距1m，距兩幫不超過(guò)1m，設(shè)計(jì)為垂直孔，孔度7m～7.5m，鉆孔采用ZLJ537型鉆機(jī)施工，鉆孔施工完成后，在鉆孔口下Φ89mm套管2m，并采用ZBQ-27/1.5型注漿泵對(duì)鉆孔進(jìn)行注水泥漿作業(yè)，水泥漿中可適當(dāng)添加水玻璃，其中水泥按水灰比0.5∶1～1∶1控制，水玻璃根據(jù)注漿情況進(jìn)行適量增減，但應(yīng)保證占水泥重量3%以下，也可適量添加速凝劑來(lái)代替水玻璃。注漿終壓不低于2.5MPa，若發(fā)現(xiàn)跑漿嚴(yán)重，可采用間歇式注漿，提高底板的整體性，增強(qiáng)了底板的承壓力，減小了巷道底板的變形，保證了巷道的安全掘進(jìn)。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述技術(shù)方案地實(shí)施，有效降低了X采區(qū)水倉(cāng)底板承壓水壓力，降低了巷道突水系數(shù)，提高了巷道安全掘進(jìn)水平。巷道掘進(jìn)過(guò)程中，底板承壓水層壓力、巷道變形量均滿足了設(shè)計(jì)要求，掘進(jìn)安全得到了有效地保障。

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