浅谈掘进巷道顶板综合防治水技术

董宏凯 李锟

摘 要：某煤矿的第10号顶板的采空区由于积水出现了危害，对在进行掘进10号和11号煤联合巷道，为避免积水的危害，对顶板水探测技术进行强化，并采取打通深孔进行排水、进行注浆堵水、红外线探测及留观察孔等方式，对巷道顶板水开展综合防治措施。

关键词：掘进巷道；顶板；防治水

前言

矿井采空区的积水对矿井的危害巨大，尤其是对掘进巷道过程中，应采取综合的防治水的措施，对巷道顶板水开展防治，避免积水对矿井造成的危害。

1 矿井的基本情况

该煤矿的第10号和第11号运输巷道大小基本一致，都是4.4米宽、2.8米高的轨道巷，在这两个巷道的上部是大巷煤柱及第7和第9号矿道，但第7和第9矿道已出现大量的采空区。在10号矿道的上部的采空区达到了11米多，其顶部为砂质的泥岩。沿着10巷道煤顶板掘进的半煤岩巷，采用锚杆、锚网和喷浆联合方式进行支护。矿井的含水层比较少，第7和第10煤层的含水层是由于岩石裂隙含水层，矿区为山区，无地表水，虽然在这样并不复杂的水文条件下，但是由于该处为山体构造，且煤层在比较浅的表层上，基本没有土层，隔水性能非常有限，雨水及附近聚集的水源可直接从岩石的裂缝处进入到顶板上层的采空区中，形成较大的蓄水层。日积月累下，会形成越来越多的水源。而由于雨水等水分的酸碱度等问题，与顶板的岩石进行反应，长时间下就会使顶板强度减弱，给巷道的支护带来很大的危险和困难。事实也证明了此点，在该巷道掘进的初期，就曾在多处出现过渗水、淋水、漏水的情况，甚至在巷道的低洼处一度由于积水淹没了胶带機而致使掘进工作停滞。而当巷道掘进工作推进到480多米时，更是出现了锚固失效的状况，从而造成冒落矸石30多吨，使施工人员的生命安全收到了威胁。工作组结合其他巷道的掘进情况，进行相关探测，认定该采空区的积水为积水量不多，但存在多处积水点的情况。从这些实际工作中我们可以看到，积水、漏水和顶板强度下降给巷道的安全掘进带来了很大的威胁，所以应对此加以重视，开展有效的综合治理顶板水的方案和措施。

2 探测方式的选择和探测结果

2.1 探测方式的选择

在进行防治水的治理时，能够正确的判断和预测顶板水的量和位置是开展一切工作的前提和关键。如何实现对顶板上积水的水压、水量和位置进行准确的判断，建议采取瞬变电磁法进行探测。瞬变电磁法的勘测原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流，从而产生一个瞬变的电磁场，该磁场通过垂直发射线圈，向两个方向传播。一般情况是在地面布设发射线圈，依据半空间的传播与案例，把地面以上的忽略掉。当磁场向地面或者水源等深部传播的时候，遇到不同的介质时，产生我流畅或者遵照量子力学原理使活泼的碱金属产生能级跃迁，又或者时含有大量氢原子的液体的氢原子核沿着磁场方向产生定向的排列。瞬变电磁法具有施工方面、体积效应较小、分辨率较高、探测的距离和范围大、尤其是对水的反映灵敏的特点，被广泛的使用与对顶板水的测量工作中。使用瞬变探测法超前探水，对巷道进行超前探测时可使用CUGTEM-4型深部资源勘查型瞬变电磁仪。在该矿井中，为确保测量距离和范围能够全部覆盖10号和11号煤两巷道的顶板和上层的岩石，可采取多点测量的方法，每个测量点与煤巷的两墙壁形成0°、30°、45°、60°等4个夹角的方向，其中0°可分别选择4-6个点。在实际操作过程中，为增强测量的精确度，可以采取对实际测量迎头前方90米，解释迎头前方90米，盲区为10米，间隔测量距离可选择在60米的距离上，对数据的测量和分析采用MTem2.0的处理系统，进行计算数据分析，得出测量结果。当测量结果的电阻率值高于10Ω时，则可推断前方范围内为岩石结构为主，含水量较少。如果测量结果的电阻率低于10Ω时，则可推断前方岩石有变化或者含有积水。根据这一结果判定，可通过瞬变电磁仪测量出异常区的位置和范围大小，然后可以通过打孔，穿透异常区进行验证，验证异常区是否存在有积水，为后续的排水工作奠定基础。

在该矿井的掘进过程中，由于10号和11号巷的距离比较近，所以在运输巷进行测量，并对出现异常处的区域应增加测量的点，从而保证测量结果更为准确。因为之前判断该处的采空区的积水为多点的小范围积水，所以应通过多次的测量，分别鉴定出不同区域的不同积水的水量、水压、位置和覆盖范围。

2.2 探测结果

本矿巷通过测量及分析计算，对积水的区域进行的鉴定，并对每个区域的水量进行了计算，得出该采空区的所有集水区的水量在500至2000立方米之间，水压均在0.3兆帕以下。由于松散的煤层可以缓冲上面岩石的压力，所以在对采区的巷道进行设计时，应充分考虑这一点，尽量选择在煤层下部的岩石层进行掘进，可有效防止地压带来的破坏危害。

3 对采空区积水采取措施

3.1 排水

对采空区的积水区域可以采取对巷道的顶板进行钻孔开展排水，可在运输巷道开展此项工作，如果排水量巨大，可考虑适当增加排水孔的数量，从而加快排水速度。具体方法为，掘进工作进行到距离测量的异常区域在30米左右时暂停掘进，然后在后方10米处即距离异常区域40米左右处，在巷道顶板的靠近两端墙壁0.5米的距离处各打通一个排水孔位。这时应考虑积水区的大小及位置来确定开通排水孔的角度，应便于放水，确保尽可能的排出全部积水，同时还应考虑施工开孔对锚固的危害程度，确保不能对锚固产生较大危害。采用开孔设备开孔结束后，应将钻孔中的碎屑、杂石清理干净，然后用水泥将开孔封住，确保压力是水压的2倍左右，维持二十分钟以上，在这期间应保证开孔与周围的岩石不再漏水，才能够再开展下面的工作。然后进行钻探终孔穿透积水区域，设置柔性的排水管至开口中，连接巷道底部的排水沟进行排水，在排水过程中应记录号初始的水压和排水的水流速度。

采取这一方式进行排水，便于工作的开展，有充分的空间来做打孔工作，且基本不会影响下一步的掘进施工，从而有效避免塌孔的情况发生，一直致水压降至0.1兆帕以下时，就可以恢复掘进施工。

3.2 采取注浆施工

开展注浆施工应考虑顶板上方的积水量，当采空区的积水量减少，可利用其中的一个排水孔进行注浆施工，如果顶板的淋水较多则采用一个深孔一个浅孔结合起来进行注浆堵水，将连接到排水沟上的排水孔一直用作排水和观测用，其余的孔用作注浆施工，但要防治提前将注浆孔堵塞，当留的观测孔有浆液流出时，即可停止注浆而进行封孔施工。注浆的目的是通过深孔注浆，将岩石的缝隙进行填充，从而避免新的积水区形成，同时也加固了采空区的巷道壁。利用浅孔注浆配合深孔堵水，同时进一步增强了顶板的硬度和强度，达到稳固顶板的效果。

3.3 注意事项

首先是无论在掘进施工还是打孔施工时都应该确保避灾线路畅通，尤其是通风线路畅通。还要保持童心和照明装置的安全有效，避免施工时对这些设备的损害。其次在铺设管道的一侧开凿排水沟，巷道内要配置流动的排水泵。另外还应该安排好值班人员，对排水孔排水情况进行实时监测，一旦出现堵塞，要及时进行疏通。

3.4 结果分析

在巷道掘进施工中，一共探测发现有13处顶板积水，与之前我们的判断是一致的，其中超过1000立方米的积水区域有5处，总共的排水量超过了13000立方米。其中还有一处出现了顶板岩石软化，不断脱落的过程，给巷道的掘进带来了隐患，尤其存在塌方的危险，所以停止了继续的掘进施工，而是首先对此处进行排干处理，然后利用排水孔进行注浆，加固此处顶板，然后才继续开始掘进施工。

4 结束语

通过采取掘进巷道综合防治水技术，根据积水量的实际情况，采取了顶板打孔排水、深孔注浆、浅孔注浆以及留取排水和观察孔等施工措施。在发现有顶板发生软化，强度不够时，采取灵活的首先对该区域进行加固，为今后的施工奠定了安全基础，通过排水、加固支护等措施，取得了良好的治水效果，确保了巷道掘进的安全施工。

参考文献：

[1]姜志海，岳建华.矿井瞬变电磁法在老窑水超前探测中的应用[J].工程地球物理学报，2015（4）.

[2]卢全生.煤层顶板注浆堵水技术实践[J].煤矿安全，2014（5）.

[3]郑春阳.注浆堵水技术在盲斜井施工中的应用[J].矿业快报，2013（11）.