綜合防治水技術在掘進巷道過斷層破碎帶中的應用

胡建廣

【摘 要】 為了確保承壓水威脅巷道過斷層帶的掘進安全，文章提出采用超前注漿+U型鋼強化支護+二次注漿（砌碹）方式進行防治水，并對防治水技術方案進行詳細設計，最終實現了巷道安全、快速通過斷層破碎帶。主要研究成果為：1）通過超前注漿在巷道掘進輪廓線外20m（底板35m）范圍內形成注漿止水帷幕，不僅可降低水害威脅而且為巷道掘進創造了良好條件;2）掘進過斷層破碎帶時采用短掘、強支方式可降低巷道掘進對圍巖擾動;3）在斷層破碎帶及兩側各19m范圍內采用U型鋼、砌碹及二次注漿，可在巷道周邊形成二次防水屏障。文章所提巷道過斷層破碎帶防治水技術方案確保了巷道掘進以及后續使用安全，同時為其他礦井類似情況防治水工作開展提供了經驗借鑒。

【關鍵詞】 巷道掘進;承壓含水層;斷層破碎帶;注漿加固;防治水;砌碹支護

【中圖分類號】 TD745 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）01-0001-02

隨著采深增加，煤炭賦存條件更趨復雜，其中水害、地質構造日益成為制約煤礦生產安全的不利因素。當掘進巷道通過導水斷層破碎帶時，若不能針對性采取防治水措施可能會出現突水事故，給巷道掘進以及煤礦生產安全帶來嚴重威脅。本文在以往研究成果基礎上，針對某礦南3采區軌道運輸巷掘進過F12斷層破碎帶期間的防治水問題展開探討，提出超前底板注漿加固+二次注漿（砌碹）方式加固巷道，從根本上解除了底板承壓水對巷道掘進安全的威脅。

1工程概述

某礦南3采區軌道運輸巷掘進斷面為半圓拱型，頂底板巖性以砂質泥巖、泥巖以及粉砂巖為主，圍巖賦存較為穩定，巷道沿著6號煤層底板掘進。

已有的地質資料顯示，巷道掘進至520m時會揭露F12斷層（H=45m，108°∠71°），該斷層破碎帶寬度達到42m，預計巷道掘進過程中會揭露若干落差較小的次生斷層。6號煤層開采過程中主要涌水水源為底板承壓水含水層。南3采區軌道運輸巷底板掘進標高為+670m、底板承壓水水頭標高為+860m，雖然該巷道與底板承壓水間有厚度超過110m的巖層且中間夾雜有兩層泥巖、砂質泥巖隔水層，但是在F12斷層影響下，巷道掘進過斷層破碎帶期間仍有較大的突水危險。

2斷層含水情況探測

在南3采區軌道運輸巷掘進至470m位置時（即與斷層相距50m），在掘進迎頭施工8個探測孔，探測破碎帶導水情況。布置的探測孔均穿過斷層破碎帶，其中僅有2個探測孔（探測位置位于掘進迎頭前方）有少量水流出，其余的探測鉆孔均未出現出水情況。

在掘進迎頭采用瞬變電磁儀（型號為YCS-160/Protem）對斷層賦水情況進行探測，具體探測結果見圖1。從圖中看出F12斷層破碎帶內僅有部分位置為低阻異常區且該低阻異常區位于掘進迎頭位置處。瞬變電磁探測到的低阻異常區與探測鉆孔探測到的出水位置接近，因而判定該斷層破碎帶導水性弱。

同時結合其他巷道掘進揭露F18斷層涌水情況，綜合判定南3采區軌道運輸巷掘進過斷層破碎帶時出現出水可能性較小。但是由于該斷層落差大且與下部承壓含水層相距僅為110m，為了避免巷道掘進過斷層期間由于掘進導致斷層出水以及斷層滯后出水，應根據斷層賦存以及巷道掘進情況，制定針對性防治水技術方案。

3掘進過斷層破碎帶防治水技術方案

3.1超前注漿加固

3.1.1超前加固方案

在巷道掘進至501m位置時（即與斷層相距19m）布置超前注漿鉆孔加固斷層破碎帶，從而在巷道掘進輪廓線外20m以內形成注漿止水帷幕，具體見圖2。注漿鉆孔鉆進采用型號ZDY3500L，注漿泵型號為ZBYS-40/12.5-18.5，注漿孔擴散半徑按照5～10m設計。在注漿過程中先注入水灰比較高的稀漿液、后注入水灰比較低的稠漿液，單個注漿孔重復注漿2～3次，確保注漿漿液在斷層破碎帶內擴散均勻。

由于巷道掘進過斷層破碎帶時主要的突水隱患為底板承壓水含水層，因此，在超前注漿加固過程中應重點對斷層破碎帶底板進行強化加固。底板強化注漿孔為3排，鉆孔間距均按照15m布置，控制巷道底板下方35m范圍，具體底板注漿強化鉆孔布置見圖3。

3.1.2注漿漿液

為了提高注漿漿液結石率以及破碎帶巖體膠結形成的膠結體抗壓強度、防水能力，注漿漿液選用水泥單液漿、水泥-水玻璃雙液漿，雙液漿中添加的水玻璃波美度為40～45（°Bé）、模數為3.0～3.2。注漿過程中以水泥單液漿為主，當漿液流失嚴重時選用水泥-水玻璃雙液漿。

單孔注漿分三次進行，第一次、第二次、第三次注漿時注漿漿液水灰比分別為1∶0.5、1∶0.6、1∶0.8，通過多次注漿使得漿液與破碎巖體充分膠結。

3.2掘進及圍巖控制

由于巷道采用炮掘方式掘進，在掘進過斷層破碎帶時通過增加炮眼、縮小循環進度來達到快速掘進、降低掘進對圍巖影響。正常段巷道圍巖支護采用錨網索支護方式，在過斷層破碎帶時采用U型鋼拱架強化圍巖控制。在斷層破碎帶兩側支護距離按照隔水煤柱寬度設計，具體可通過下式計算：

將上述參數帶入公式（1）求得L=19m，因此在斷層破碎帶兩側19m范圍內均采用U型鋼進行補強加固。

3.3二次注漿加固

在巷道掘進過斷層破碎帶期間以及掘進通過斷層破碎帶后發現破碎帶附近巷道存在滲水情況時，應立刻停止掘進，對斷層破碎帶圍巖進行二次注漿加固，封堵潛在的導水裂隙。當掘進過斷層破碎帶時圍巖無滲水情況時，掘進過破碎帶19m后即可停止掘進，對斷層破碎帶兩側各19m范圍進行砌碹，并進行壁后注漿。

3.4應用效果分析

巷道掘進過F12斷層（H=45m，108°∠71°）破碎帶期間圍巖未出現涌水，掘進進尺保持約為3.6m/d，耗時11d掘進通過斷層破碎帶。過斷層破碎帶期間圍巖礦壓未出現異常，頂底板、巷幫圍巖位移量均在20mm以內。

4結束語

采用鉆探、物探方式對F12斷層富水以及導水情況進行探測，綜合判斷該斷層富水性較弱，巷道掘進過斷層期間突水可能性較小。但是由于巷道底板下方約110m位置為承壓水含水層，水頭壓力達到1.9MPa，F12斷層落差達到45m，存在掘進動壓影響活化斷層從而出現斷層突水問題。

為了實現巷道掘進安全，提出采用超前注漿方式在巷道輪廓線外圍20m范圍內形成止水帷幕，并通過強化底板注漿加固在頂板破碎帶內形成超過35m的注漿加固范圍;巷道掘進過斷層期間采用短掘、強支方式降低巷道掘進對斷層破碎帶影響;掘進完成后在斷層破碎帶及兩側各20m范圍進行砌碹支護。

巷道掘進過斷層破碎帶期間未出現涌水問題，巷道掘進進尺雖然有所降低但仍保持3.6m/d掘進速度，巷道耗時11d掘進通過斷層破碎帶，實現了快速、安全掘進。

【參考文獻】

[1]弓鋒鋒.巷道過斷層破碎帶的防治水技術探析[J].內蒙古煤炭經濟，2019（15）：19，21.

[2]蔡驥.防治水災害中巷道過斷層破碎帶注漿技術的應用與探討[J].煤礦現代化，2019（4）：84-86.

[3]王.防治水災害中巷道過斷層破碎帶注漿堵水技術的應用探析[J].企業技術開發，2014，33（23）：60-61.

[4]陳亮.巷道過斷層破碎帶的防治水技術探析[J].煤，2014，23（2）：69-70.

[5]董守義.巷道過復雜斷裂帶管棚支護技術[J].煤炭科學技術，2013，41（8）：27-29，34.

[6]鄒光華，張鳳巖，宋彥波.巷道過含水斷層破碎帶的注漿加固技術[J].煤炭科學技術，2010，38（6）：50-53.

[7]林建和.巷道過斷層破碎帶注漿堵水技術在防治水災害中的應用[J].安全與健康，2010（17）：41-42.

[8]蘇曉建，周世軒，張鵬，等.巷道過斷層破碎帶注漿防治水技術研究[J].中州煤炭，2013（8）：7-9，13.