荊寶煤礦回采巷道頂板淋水治理措施

（山西煤炭運銷集團三元古韓荊寶煤業有限公司，山西 襄垣 047100）

近些年來賦存條件較好的煤炭資源已逐漸回采完畢，越來越多的礦井的回采活動開始轉向深部，受此影響地下水逐漸成為了影響巷道圍巖失穩的常見原因[2]。特別是近5年以來，在各類礦井的所有冒頂事故中約一半以上都是由地下水所引起的，而礦井地下水來源較廣，稍有不慎則會引發巷道突水事故，給礦井的正常安全生產帶來難以挽回的損失[3]，因此對涌水量較大的巷道進行治理成為了諸多學者的研究焦點[4]。

荊寶煤礦三采區3#聯絡巷在掘進過程中頂板淋水，水量較大，淋水量7.2m3/h底板積水嚴重。受此影響，該巷兩幫出現了一定程度的片幫，頂板下沉明顯。探明該巷涌水量較大的原因，并提出相應的治理措施迫在眉睫。

1 工程概況

荊寶煤礦煤系地層為二疊系山西組和石炭系太原組地層，埋深為500m，平均煤層厚度為5.62 m目前回采煤層主要為3#煤層，含一層夾矸，分為二個自然層，煤質為瘦煤。其中三采區3#聯絡巷地面位置為村莊東北側附近的農田。巷道開口位置位于三采區回風巷121m處。巷道設計長度170m，沿煤層頂板掘進。巷道斷面為矩形，凈寬5.0m，凈高3.0m，凈斷面積15 m2，巷道采用錨桿、錨索、鋼筋梯、金屬網聯合支護方式。頂板支護每排布置4根型號為Φ20 mm×L2000 mm的螺紋鋼錨桿，最外側錨桿距離巷幫1000 mm，錨桿間排距為1000 mm×1000 mm，錨索采用Φ17.8 mm×L64000 mm的預應力鋼絞線，其中第一排在巷道頂板中心處布置一根，第二排在距巷道中心兩側1000 mm處分別布置一根，以此循環，排距均為1000 mm。巷道幫部每排共布置三根錨桿，間排距為1000 mm×1000 mm，錨桿型號同頂板一致，其中頂錨桿距離頂板500 mm，巷道斷面支護形式見圖1，頂板淋水圍巖微觀結構見圖2。

圖1 巷道斷面支護形式

圖2 頂板淋水圍巖微觀結構

三采區3#聯絡巷掘進至距開口位置34m處時，頂板淋水量開始增大，底板積水嚴重，巷道圍巖穩定性較差，需要對該巷的頂板淋水原因進行探究，并制定相關的治理措施。

2 巷道淋水及破壞原因分析

2.1 巷道頂底板物理力學參數測試

巷道頂底板圍巖賦存狀況及各巖層的物理力學性質對巷道圍巖穩定性具有重要影響。在三采區3#聯絡巷淋水量較大的地方，選取合適位置布置取芯鉆孔，對頂底板圍巖進行取芯，將所取巖芯密封后帶回實驗室，對其進行物理力學參數測試。頂底板各巖層的賦存情況及物理力學參數測試結果見表1。從表1可以看出，3#煤層的抗壓強度僅為9.2MPa，煤層強度較低，巷道的直接頂為砂質泥巖和細粒砂巖，層厚分別為3.78 m和2m，砂質泥巖的強度偏低，細粒砂巖的強度則有所提高。老頂為7.52m的砂質泥巖和8.66m的粉砂巖，老頂強度整體偏高；直接底和老底則分別為3.78m的砂質泥巖和4.61m的泥巖。

表1 巷道頂底板圍巖力學參數統計

2.2 頂板圍巖礦物組份測試

由于巷道頂板淋水現象嚴重且在掘進過程中下沉明顯，頂板圍巖的礦物組分對于其物理力學性質具有直接影響。本文采用X 衍射儀對其進行了測試，測試結果見表2。

表2 頂板圍巖礦物組分測試結果

從表2可以看出，頂板圍巖中的礦物組份以高嶺石、石英為主，其次為白云母，這三個礦物成份的含量分別達到了33.2%、31%和26.2%。而高嶺石為膨脹性軟巖，孔隙率較大且吸水易膨脹變形，而白云母親水性較強，遇水易發生水化反應，從而更加加速了巷道頂板圍巖的下沉。除上述三種礦物成份外頂板圍巖中還含有少量的斜長石和黃鐵礦，含量分別僅有4.2%和2.3%。

2.3 巷道掘進頂板淋水因素分析

（1）根據原采掘資料及本巷道掘進揭露情況分析，三采區3#聯絡巷在掘進時揭露了部分廢棄巷道或采空區，存在積水。三采區聯絡巷掘進前，必須對原有廢棄巷道或采空區積水進行疏放。

（2）根據地質資料顯示，該巷道頂板直接充水含水層為3#煤層頂板砂巖含水層，間接充水含水層為K8砂巖含水層，含水層富水性較弱，故頂板裂隙水一般較小，對礦井充水影響不大。

（3）掘進區內3#煤層底板標高在+845～+850 m之間，本區奧灰水的水頭標高為+650m，掘進區巷道最低處位于奧灰水的水頭以上195m處，因此底板水對本掘進區3#煤層的巷道掘進充水無影響，不存在帶壓掘進。

通過上述分析，可知三采區3#聯絡巷水文地質條件簡單，主要充水來源為煤層頂板。砂巖含水層和舊巷道、采空區內的積水。同時頂板親水性礦物組分含量較多，易吸水軟化，而直接頂和煤層強度偏低，對巷道進行支護時強度有所不足，在上述因素的共同作用下，巷道圍巖淋水、破壞嚴重，破壞特征主要體現在頂板下沉和兩幫片幫之上。

3 治理措施

針對巷道淋水及破壞原因，提出如下治理措施：

（1）探放水鉆孔設置

由于巷道在掘進過程中可能會受到老空區積水威脅，故巷道在掘進過程中必須嚴格遵循“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原則。每次探水時，沿煤層布置鉆孔8個，呈扇型布置，每個鉆孔的布置原則如下：

①1、6號孔方位角為迎頭正前方布置，與巷道水平夾角為0°；

②4、5號孔分別按終孔幫距10 m設計，在巷道左、右兩側與巷道水平夾角為10°；

③2、3、7、8號孔分別按終孔幫距20 m設計，在巷道左、右兩側與巷道水平夾角為2°°；

④1、2、3、4、5號鉆孔分別與煤層層理的相對傾角為0°，6、7、8號鉆孔分別與煤層水平層理的傾角分別為-4°。

⑤鉆孔揭露廢棄巷道或采空區，不能達到設計深度時，為了確認廢棄巷道或采空區的含水性和各種有毒有害氣體的含量，所有鉆孔均要進入廢棄巷道或采空區2 m為準。

鉆孔布置見圖3。

圖3 探放水鉆孔布置

圖4 為鉆孔設計斷面

探水鉆孔不僅具有探水作用，同時還兼具一定的疏水功能。在鉆探的過程中可以及時地將采空區積水以及頂板深部的裂隙水排出。各鉆孔的布置參數見表3。

表3 各鉆孔布置參數

（2）巷道支護參數設計

由于巷道在原支護下出現了頂板下沉、兩幫片幫，故需要對原支護進行補強。其中頂板和幫部錨桿的直徑不變，長度均加長至2400 m；間距不變，排距均縮減至900 mm。頂錨索在原支護基礎上長度加長至7000 mm，直徑不變，排距同樣縮減至900 mm。

（3）頂板淺部圍巖注漿加固

鑒于巷道頂板圍巖吸水易膨脹軟化，為了更好地對巷道圍巖穩定性進行控制，對巷道頂板淺部圍巖進行注漿加固。注漿孔在巷道頂板中心布置一個，在距巷道頂板中心左右兩側1.7m處分別布置一個。三個注漿孔位于同一排，每排注漿孔的排距為900 mm。注漿孔深度均為4m，直徑均為45 mm，注漿壓力設為3.2MPa，注漿材料選用pc325#水泥與粗砂，按照1:1混合配比，選用ZBQ-27/1.5礦用氣動注漿泵。

4 現場監測

治理措施實施后，在巷道中選取合適位置布置測站，并對其圍巖變形進行了為期一個月的現場監測。監測結果顯示，三采區3#聯絡巷在該治理措施的治理下頂板下沉量僅為53 mm，兩幫移近量僅為45 mm，單個錨索眼水量由原來的7.2m3/h 下降至1.3m3/h，頂板淋水量得到了有效治理，巷道圍巖穩定性顯著提高。

5 結語

1）三采區3#聯絡巷直接頂及兩幫圍巖強度偏低，頂板圍巖親水性礦物含量較多，該巷的主要充水來源為煤層頂板砂巖含水層和舊巷道、采空區內的積水，在掘進過程中沒有提前對頂板圍巖積水進行探放，同時原支護強度不足，在上述因素的共同影響下巷道淋水嚴重、圍巖穩定性較差。

2）針對巷道的破壞原因，本文提出了相應的治理措施，工程應用結果表明該治理措施對巷道圍巖穩定性控制效果較好，頂板淋水嚴重的問題得到了有效解決。