掘進巷道變形特征及水害防治研究

姚順

【摘 要】 本文以山西某礦92104軌道順槽的安全掘進為背景，通過現場實測的方法，分析了巷道圍巖的變形特征，并基于掘進過程中出現的底板流水現象，提出相應防治措施，主要得到如下結論：巷道圍巖松動圈范圍為1.21～1.42 m;巷道圍巖的變形特征大致可分為圍巖變形急劇增長階段、圍巖變形的緩慢增長階段和圍巖變形的穩定增長階段;提出物探探測與鉆探驗證的綜合探測方法，并采用底板注漿加固、增加排水系統和超前鉆孔疏排的方法來解決掘進順槽的底板流水現象，取得了良好的效果。

【關鍵詞】 掘進巷道;變形特征;水害防治

【中圖分類號】 TD263;TD745 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）01-0018-02 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

巷道掘進工程的安全問題，直接影響著工作面的正常開采和工作面接續等工序。在回采巷道的掘進工程中，當掘進巷道的圍巖變形特征嚴重時，會影響到礦井的正常生產。同時，由于受到煤層賦存條件中地表及地下水的影響，在回采巷道的快速掘進過程中可能存在掘進工作面突水隱患，因此需要采取安全高效的措施來防治掘進巷道礦井水害的發生，進而保障整個礦井的安全高效生產。本文以山西某礦92104綜采工作面軌道順槽的掘進工程為背景，對軌道順槽巷道圍巖的變形量進行現場實測，同時針對掘進工作面出現的底板流水問題，提出對應的防治思路，為該礦其他掘進工作面的安全高效掘進提供一定的指導作用。

1工程背景

山西某礦當前主采9#煤層。9#煤層平均厚度約為5.3m，煤層傾角約為3°。92104軌道順槽高度3500mm，寬度5000mm，92104軌道順槽煤層頂底板巖性如圖1所示。

2巷道變形特征

2.1監測儀器及監測方法

92104軌道順槽變形監測儀器主要包括礦用本安型鉆孔窺視儀及巷道表面位移計。礦用本安型鉆孔窺視儀能夠直觀地對觀測順槽圍巖松動圈范圍進行測量，為軌道順槽的支護方案是否合理提供直接依據。而巷道表面位移計則能夠直接得到順槽頂底板移近量和兩幫移近量的觀測數據，通過在順槽頂底板中點和順槽兩幫中點安裝巷道表面位移計，直接反映出隨著掘進工作面的不斷推進，順槽頂底板移近量和順槽兩幫移近量的變化范圍，進而得到巷道圍巖隨掘進工作面的不斷推進而表現出的變形特征。

2.2變形特征

2.2.1圍巖松動圈測試結果

在軌道順槽頂板中央布置窺視鉆孔，當窺視探頭伸入鉆孔1.42m時，巷道頂板巖層內出現明顯離層，離層大致位于直接頂泥巖巖層與基本頂中粗砂巖巖層之間，且離層距離較小，如圖2所示;當窺視探頭伸入到4.1m位置時，在窺視探頭穿過基本頂中粗砂巖后，未出現明顯的頂板離層現象，但是能夠明顯觀測到基本頂巖層與其上部巖層的交界面。

在順槽兩幫中部同樣布置窺視鉆孔，當窺視探頭伸入到1.21m時，順槽采空側煤幫中的煤體內部，節理裂隙明顯增多，煤體內部出現大范圍的破壞現象;當窺視探頭伸入到1.39m時，煤體內部的節理裂隙數量明顯減少，煤體的破壞程度明顯緩和。而在順槽實體側煤幫中，當窺視探頭伸入到1.0m時，順槽實體側煤幫中的煤體內部節理裂隙增多，煤體內部出現大范圍破壞;當窺視探頭伸入到1.21m，實體側煤體完整性逐漸變好。綜合分析采空側煤幫和實體側煤幫，采空側煤幫的節理裂隙數量較實體側煤幫中的節理裂隙數量多，且采空側的煤體的破壞范圍也較實體側煤體的破壞范圍大。由此可知巷道圍巖松動圈范圍如表1，巷道圍巖松動圈范圍為1.21～1.42m。

因此礦井原設計方案中，順槽中頂板與兩幫錨桿的長度為2m能夠滿足巷道圍巖變形要求。

2.2.2順槽圍巖變形量

92104軌道順槽的巷道圍巖變形量監測結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著掘進工作面的不斷推進，巷道圍巖變形量先逐漸增大后趨于穩定，且在100 m范圍內，順槽兩幫移近量和頂底板移近量值均較小，順槽變形量滿足礦井生產建設要求。順槽在掘進過程中大致可分為三個階段：掘進工作面超前0～30m時，為圍巖變形急劇增長階段;30～70m，為圍巖變形的緩慢增長階段;70m以后為圍巖變形的穩定增長階段。在第一階段內，由于巷道圍巖的應力狀態發生變化，需要重新達到新的平衡狀態，因此，順槽兩幫變形量和頂底板變形量值急劇增大，分別增大至25mm和15mm;在第二階段內，巷道圍巖的應力狀態逐漸達到新的平衡狀態，順槽的圍巖變形增加量逐漸緩和;在第三階段內，巷道圍巖的應力狀態達到新的平衡，但是由于受到掘進工作面的開采的擾動影響，順槽圍巖的變形量依舊有所增大，但是增大的幅度較前兩階段小，此階段內，順槽的兩幫移近量和頂底板移近量分別達到51mm和40mm。

2.3掘進期間水害危險

2018年6月30日，92104軌道順槽掘進過程中，在距離掘進工作面30m的順槽內的底板中央位置，出現長度約0.5米、寬度約為5mm的底板裂縫，且不斷有礦井水從底板裂縫中流出，流水量約為1m3/h，導致順槽內距離掘進工作面10m～50m范圍內低洼處的積水量大增。同樣2018年7月3日，在距離掘進工作面50m的軌道順槽內，在順槽底板靠近實體煤幫側的位置，同樣出現長度約為0.5米、寬度約為6mm的底板裂縫，同時伴隨著底板礦井水不斷流出，流水量約為1.1m3/h。由此可知，在該順槽掘進過程中，底板巖層賦存有大量的底板承壓水，因此需要采取安全措施防止因底板強度的減低或者不足而導致的承壓水的大量涌出。

3水害防治措施

針對該礦順槽掘進過程總中因底板裂縫出現而導致的底板承壓水流出的現象，提出以下治理思路。

3.1物探探測與鉆探驗證

在92104軌道順槽內，采用瞬變電磁法對超前掘進工作面的150m范圍內的底板巖層進行探測，但其中存在30m范圍的探測盲區。因此依據探測結果面對超前工作面30～150m范圍的底板巖層的探測結果可知，底板巖層中共計出現低阻異常區域10處，其中多處出現在基本底砂巖一下的10m范圍內，說明在底板范圍16m位置處可能存在大范圍的底板承壓水。為進一步驗證底板巖層的含水范圍，因此對底板巖層進行鉆探驗證。采用鉆孔窺視儀對底板巖層進行窺視，結果可知，在窺視探頭深入到底板巖層約14.5m位置時，鉆孔有明顯的見水現象，因此可得知在順槽底板下部14m左右的位置存在底板承壓水。

3.2治理措施及治理結果

針對底板存在的承壓水情況，結合該礦以往的掘進工作經驗，對掘進工作面底板巖層進行注漿加固，進而提高底板巖層的強度，同時增加礦井的掘進排水系統，使得流到底板低洼處的大量積水盡快排除地面，防止底板巖層在順槽內和底板承壓水的雙重作用下而出現底板巖層降低的現象，預防出現掘進工作面底板突水的重大安全事故。此外還可以對超前掘進工作面的底板巖層進行提前鉆孔，對底板承壓水進行提前疏排，進而實現安全掘進。

通過采用上述治理措施，92104軌道順槽在之后的掘進過程中均未現安全事故，底板巖層的流水量也控制在安全范圍之內。

4結論

針對山西某礦92104軌道順槽的掘進情況，通過現場實測的方法，對92104軌道順槽的巷道圍巖變形特征進行實測，同時基于掘進過程中出現的底板流水現象，提出安全高效的治理思路，主要得到如下結果：

實測得到巷道圍巖松動圈范圍為1.21～1.42m;巷道圍巖的變形特征大致可分為圍巖變形急劇增長階段、圍巖變形的緩慢增長階段和圍巖變形的穩定增長階段，92104軌道順槽的兩幫移近量和頂底板移近量分別為51mm和40mm。

針對掘進過程中出現的底板流水現象，提出物探探測與鉆探驗證的綜合探測方法，采用底板注漿加固、增加排水系統和超前鉆孔疏排的方法，實現軌道順槽的安全掘進。

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