煤礦井下過導水斷層關鍵技術研究

王克軍 石開進

（徐州礦務集團新疆天山礦業有限責任公司，新疆 庫車市 842000）

俄礦五采區F6斷層附近圍巖嚴重破碎，而且涌水量和水壓較大，帶有大量的泥沙，給巷道的正常施工帶來極大的困難，多次嘗試要穿過F6斷層，但均未成功。目前俄礦主要采掘活動布置在礦井東翼采區，而東翼采區下1煤即將采完，下5煤層東翼采區單翼布置因受對采對掘影響產能受限，嚴重制約礦井正常生產及接續。五采區可采儲量1.6億t（包括下1、下5、下7-2、下8），若礦井及早兩翼布置開采，不僅能避免對采對掘的影響，最大限度發揮礦井產能，也有利于礦井接續合理，生產組織更加從容，促進企業的可持續發展。

為此，本文在全礦井和F6斷層所在五采區水文地質條件研究的基礎上，通過超前探放水、施工放水聯絡巷和巷道圍巖注漿固化三項關鍵技術應用，保證了五采區的開拓和礦井的接續，同時為類似條件下過導水斷層提供了工程實踐。

1 水文地質背景

俄霍布拉克礦井五采區位于礦井西南部F5、F6斷層之間，F5斷層落差0～150m，F6斷層落差0～50m，水文地質條件復雜。五采區準備巷道布置需穿過F6斷層，通過以往水文地質工作，初步探明五采區水文地質充水水源、導水通道及其補給和排泄條件。經過分析研究，礦井西翼五采區主要充水因素為第四系沖積層潛流水、頂板砂巖裂隙水（侏羅系J21標準砂巖含水層）和斷層水（F6斷層水）。

第四系沖積層潛流水的補給源主要來自于大氣降水補給和礦井北部7km處阿格村三小隊居民灌溉水和礦井東北部7.5km處卡果爾河及天山山脈雪融化水。該區域第四系含水層具強富水性并覆蓋面積較大、厚度較厚，也為F6斷層的直接主要補給源，補給源充沛。

頂板砂巖裂隙水（侏羅系J21標準砂巖含水層），雖然覆蓋面積大，但由于該含水層巖性主要以細砂巖、泥巖和砂質泥巖為主，裂隙不發育，巖層整體性較好，滲透系數較小，補給源不充沛，因此，不會對巷道施工造成威脅，一般在巷道施工過程中以淋水、滴水形式排泄。

根據以往的幾個采掘工作面開采過程中所揭露的水文地質及地質情況可知，F6斷層落差較大，斷層面風化嚴重，伴有水和泥沙，透水性強，是個導水斷層，對巷道頂板管理和防治水工作影響較大。為確保施工巷道安全順利通過F6斷層，需對斷層產狀、導水性、富水條件、圍巖性質、施工方案進行研究和分析。

2 分析研究五采區地質及水文地質條件

2.1 探明F6斷層產狀及其性質

為確保下1煤五采區集中回風巷安全順利穿過F6斷層，采取兩種方法：一是地面做綜合物探（三維地震）；二是根據地面三維地震報告結果，該巷道快要掘進到報告圈定位置前20m，對巷道迎頭超前進行鉆探，探明斷層產狀和其導水性。具體情況如表1、圖1、圖2和圖3所示。

圖1 三維地震勘探構造發育示意圖

表1 探查鉆孔參數及出水量統計表

圖2 探查斷層產狀和性質鉆孔布置斷面示意圖

圖3 探查斷層產狀和性質鉆孔布置剖面示意圖

由圖和表可見，F6斷層在此處為落差9.5m的正斷層，屬導水斷層，斷層涌水量較大，涌水量約50m3/h，斷層面風化、松軟、破碎，且存有大量的充填物和帶有大量泥沙。

2.2 查明水文地質條件

為查明該區內第四系松散的沖洪積卵礫石層和下1、下5煤層之間含水層的富水情況，劃分、圈定富水區范圍，為五采區的開拓提供精確可靠的技術數據，地面做了物探（電法）工作。如圖4所示。

圖4 地面電法-第四系含水層富水區分布圖

井下采用井下瞬變電磁，分別在巷道迎頭上傾45°方向、上傾30°方向、順層及下傾30°方向進行探測，如圖5所示。井下瞬變電磁成果，如圖6順變電磁成果物探三維圖所示。

圖5 瞬變電磁超前探測成果圖

圖6 順變電磁成果物探三維圖

經以上地面物探及井下瞬變電磁超前探測方法可知，該巷道正上方第四系含水層富水性較強，且該巷道前方存在地質異常帶就是構造裂隙帶，推測該異常為煤巖層裂隙較為發育并賦水所致。

2.3 斷層水水源分析

經井下打鉆（見表1和圖3）及對鉆孔出水量、水壓、水色等參數的長期觀測，基本可判斷該斷層水為第四系強含水層補給的F6斷層水。

3 關鍵技術研究

3.1 井下兩探

根據五采區地質資料和物探成果基本確定和控制F6斷層的走向方向及相對位置，巷道在接近F6斷層時按照《煤礦防治水細則》要求，嚴格執行“井下兩探”。巷道每100m進行一組瞬變電磁超前探測（其中一組物探見圖5、圖6），鉆探每100m施工一組，超前距離不小于20m，并對出水水質、水溫、水壓等動態觀測，進一步查清前方斷層帶水文地質條件，提前查明及疏放斷層水。

3.2 施工放水聯絡巷

由于巷道迎頭水量大，巖性為風化的中粗粒砂巖，且經鉆探所揭露的巖性可以判斷，前面F6斷層面因受水的長期侵蝕作用，斷層兩盤巖性松軟易呈泥化，易冒落，過斷層過程中可能會出現大面積冒頂等事故。為確保巷道安全順利通過該斷層帶，經研究決定，巷道上幫施工一條與該巷道基本平行的聯絡巷（簡稱放水聯絡巷），目的是為了將斷層水在斷層面上段、水流上游截流切斷水流，控制水流方向，將水引入放水聯絡巷，為1煤五采區集中回風巷的安全施工提供有力的保障。如圖7所示。

圖7 放水聯絡巷平面示意圖

3.3 巷道斷層帶圍巖注漿固化

由于斷層帶較破碎，斷層面風化嚴重，巖性已呈泥化，易冒頂，為安全順利過斷層，決定對斷層帶進行注漿，固化巷道圍巖。

巷道迎頭砌止泥墻，厚度5m，寬6m（巷道寬5m，墻兩側分別插入巷道兩幫各0.5m），頂底部按13°掏槽，掏槽深度不小于500mm（底板掏至實地）。止泥墻均以C30混凝土澆筑而成。然后按不同方位、角度和深度布置注漿孔進行注漿。注漿孔布置方式和參數如下：（1）注漿分三段注漿，水平距離10m、20m、30m（圖8）。（2）注漿范圍為開挖輪廓線外8m。（3）開孔孔徑133mm，套管直徑DN108地質管，長度6m，終孔直徑94mm。（4）注漿材料先選用水泥水玻璃雙液漿液，水灰比 W:C=1～0.8:1，漿液比，C:S=1～3:1。（5）注漿終壓 5～7MPa。

圖8 注漿孔布置圖

3.4 效果分析

經鉆探施工，共三個孔出水（見表1），總出水量50m3/h。經三個月的觀測，水量基本處于穩定，探明了F6斷層的性質，是為導水斷層，為1煤五采區集中回風巷過斷層期間防治水工作的順利開展提供了準確的技術依據。

經施工放水聯絡巷，將大部分F6斷層水截流，放水聯絡巷出水量38m3/h，為1煤五采區集中回風巷安全順利過斷層，提供了良好的安全保障。

本次共注水泥58.4t、水玻璃14.5t，固化了破碎帶巷道圍巖，巷道迎頭淋水明顯變小，為1煤五采區集中回風巷過斷層之間支護參數的選用及施工過程中的頂板管理，提供了一定的技術依據和安全保障。

截至發稿前，1煤五采區集中回風巷安全順利穿過了F6斷層，已向前掘進498m，斷層帶區域目前涌水量15m3/h。

4 結論

本文基于水文地質條件探查和研究，發現F6斷層為導水斷層，其充水水源為第四系強富水含水層。通過物探和鉆探查明了其充水水源、富水異常區，提出了超前探放水、施工放水聯絡巷和巷道圍巖注漿固化三項關鍵技術。經實施，斷層帶區域的涌水量由施工前的50m3/h減小為15m3/h，基本達到了斷層水的控制，固化了破碎帶巷道圍巖，防止了冒頂事故的發生，從而達到了安全順利穿過F6斷層的目的，為類似礦井井下過導水斷層提供一定的借鑒經驗。