基于底板注浆加固技术的巷道掘进防治水技术实践

贾 银

（同煤集团永定庄煤业公司， 山西 大同 037000）

矿井水害是煤矿常见的主要灾害之一，其对矿井安全生产威胁极大，严重的矿井水害甚至会造成矿井淹井，造成巨大的人员伤亡及经济损失。我国煤炭资源地域分布辽阔，煤矿矿床水文地质条件千差万别。在各种水害中，奥陶纪灰岩层的水害最难治理。目前随着煤炭开采深度逐渐加大，深部奥灰水的水压也随之增大，突水几率也随之增加，对矿井向深部延深及采掘工作带来巨大威胁。对于受水患威胁的矿井，必须坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的原则，当掘进巷道至水害威胁或积水区时，要做好超前探放水工作，防止溃水事故的发生，并采取严格的治水措施[1-6]。本文即针对某矿在受奥陶系岩溶水威胁并开展巷道掘进时，进行相应的探水工作，并进行底板注浆加固技术的设计及施工，确保巷道掘进的安全进行。

1 地质概况

本矿井计划延深开采-550 m水平以下的21煤，并布置东三采区，根据地质勘探资料，东三采区的地层构造从煤层底板向下分别为本溪组及中奥陶组系、下奥陶组系。其中本溪组地层厚度平均30 m，含石灰岩承压水层（14、15石灰岩）以及隔水层，14、15石灰岩含水层与奥陶系灰岩水水位接近，预计存在水力联系，奥陶组系岩层顶部距离煤层介于35～55 m，在采区东南块区较薄。因此，在矿井向下延深掘进过程中，受奥灰水突水威胁较大，因此，掘进时必须加强底板水探测，并对煤层底板进行注浆加固方案设计及施工，确保查明水患，查明含水及导水情况，当查出异常时，进行加密探测，进而采取注浆加固措施，处理完毕达到防治水安全要求后方可继续掘进。延深巷道的规格为宽4 m，高2 m。

2 巷道掘进超前探水方案设计

探水工作采取物探与钻探相结合的方式进行，设计物探每间隔75 m实施一次，目的在于探明掘进迎头前方的岩层富水特性，提供进一步的探水指导。设计钻探工作面每间隔50 m施工一次，预计整个施工阶段施工钻场不少于45个，在每个钻场内施工4个探水钻孔，同时对掘进迎头前方及底板的水文情况进行探测，对查明的异常情况及时采取注浆等加固措施进行处理。施工探水孔时，当探得的涌水量小于10 m3/h时可在允许掘进距离内继续掘进，当探得的涌水量大于10 m3/h时则必须采取注浆等加固措施。

根据该矿的具体地质生产条件，确定巷道底板的安全隔水层厚度为15 m，在考虑突水系数的前提下，设计巷道底板的探测深度为80 m，该探测深度能够保证足够的安全隔水层厚度。同时，在考虑安全系数不低于3的前提下，设计计算将钻孔的超前距及帮距均为30 m，超前距即钻孔施工一定距离后去掉允许掘进进尺后的安全距离，帮距即钻孔深入巷道帮部的垂直距离。基于以上分析，可设计出探水钻孔施工方案图如下页图1、图2所示。探水钻孔使用KQL-100型潜孔钻机，开孔使用Φ130 mm钻头配合Φ108 mm×5 000 mm钻杆，正常钻进使用Φ90 mm钻头配合Φ45 mm×1 000 mm钻杆。其中，1号钻孔垂直煤帮向正前方打设，2号钻孔及3号钻孔与巷道走向呈20°角斜向外打设，4号钻孔垂直底板打设。探水钻孔施工过程中，必须注意各类异常现象，如夹钻、吸钻、喷钻、塌孔、带压水喷出等，做好详细记录并认真汇报。

图1 探水钻孔设计正视图

图2 探水钻孔设计俯视图

3 巷道底板注浆加固

3.1 注浆加固方案设计

根据物探结果及探水钻孔情况进行分析，分析底板隔水层厚度、钻孔涌水情况、奥陶系突水风险值，进而采取底板注浆加固措施，底板加固的注浆方式为下行式注浆法，孔口封闭静压注浆，采用单液水泥浆或粘土水泥混合浆，水泥为425号普通硅酸盐水泥。注浆施工选择使用2350型矿用钻机、HYB80型泥浆泵、QBZ-80矿用真空开关、套管、钻杆、钻头等其他附属工具设备等。钻孔注浆的施工工艺：定位→开孔口→下一路孔口管→下二路保护管→注浆→压力达到注浆标准或孔内不进浆→结束。据已施工的探水钻孔分析，注浆钻孔在施工过程中，将使用二级套管：开孔孔径Φ127mm，第一路为Φ108 mm护壁管，二路下Φ91 mm止水套管（保护管）。孔口管必须和孔壁固结牢固，固管采用袋装PO32.5号普通硅酸盐水泥，造浆时，先上水后上料，搅拌均匀，注浆固管前先把孔底岩粉冲洗干净。采用井下注浆泵将水灰质量比0.6∶1.0～1.0∶1.0的水泥浆送入钻孔进行固管，浆量以孔壁返浆2 min以上为准，间隔30 min补浆一次，补浆不少于三次，待凝固72 h后再扫孔钻进，要求钻进超过孔口管1 m，然后用清水进行打压试验，试验压力3.5 MPa，稳压不小于30 min，试验不合格严禁钻进，应重新注浆固管，合格后方可钻进。

3.2 注浆效果分析

当一个注浆孔施工结束后，必须对该孔进行封孔，确保无漏水或反浆等异常情况。并对注浆钻孔进行检测，主要是分析注浆压力变化情况、水量变化情况、底板岩层裂隙充填情况、注浆前后探水钻孔的涌水情况等。同时，借助物探手段，对比注浆前后底板低阻值发育异常情况。根据注浆前后的对比可以得出，注浆后探水钻孔的涌水量基本为零，且物探表明注浆后底板富水异常情况显著减少，表明实现了较好的注浆效果，可以在配合其他相关安全技术措施的前提下继续掘进。

4 结语

本文基于某矿向深部延深掘进的具体地质生产条件，设计了物探与钻探相结合的超前探水方案，当探得的涌水量小于10 m3/h时可在允许掘进距离内继续掘进，当探得的涌水量大于10 m3/h时则必须采取注浆等加固措施，并进行了巷道底板注浆加固方案设计、施工及效果检验。根据注浆前后的对比可以得出，注浆后探水钻孔的涌水量基本为零，且物探表明注浆后底板富水异常情况显著减少，表明实现了较好的注浆效果，可以在配合其他相关安全技术措施的前提下继续掘进。