掘进巷道变形特征及水害防治研究

2020-03-18姚顺

山西能源学院学报 2020年1期

姚顺

【摘要】本文以山西某矿92104轨道顺槽的安全掘进为背景，通过现场实测的方法，分析了巷道围岩的变形特征，并基于掘进过程中出现的底板流水现象，提出相应防治措施，主要得到如下结论：巷道围岩松动圈范围为1.21～1.42 m;巷道围岩的变形特征大致可分为围岩变形急剧增长阶段、围岩变形的缓慢增长阶段和围岩变形的稳定增长阶段;提出物探探测与钻探验证的综合探测方法，并采用底板注浆加固、增加排水系统和超前钻孔疏排的方法来解决掘进顺槽的底板流水现象，取得了良好的效果。

【关键词】掘进巷道;变形特征;水害防治

【中图分类号】 TD263;TD745 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2020）01-0018-02 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

巷道掘进工程的安全问题，直接影响着工作面的正常开采和工作面接续等工序。在回采巷道的掘进工程中，当掘进巷道的围岩变形特征严重时，会影响到矿井的正常生产。同时，由于受到煤层赋存条件中地表及地下水的影响，在回采巷道的快速掘进过程中可能存在掘进工作面突水隐患，因此需要采取安全高效的措施来防治掘进巷道矿井水害的发生，进而保障整个矿井的安全高效生产。本文以山西某矿92104综采工作面轨道顺槽的掘进工程为背景，对轨道顺槽巷道围岩的变形量进行现场实测，同时针对掘进工作面出现的底板流水问题，提出对应的防治思路，为该矿其他掘进工作面的安全高效掘进提供一定的指导作用。

1工程背景

山西某矿当前主采9#煤层。9#煤层平均厚度约为5.3m，煤层倾角约为3°。92104轨道顺槽高度3500mm，宽度5000mm，92104轨道顺槽煤层顶底板岩性如图1所示。

2巷道变形特征

2.1监测仪器及监测方法

92104轨道顺槽变形监测仪器主要包括矿用本安型钻孔窥视仪及巷道表面位移计。矿用本安型钻孔窥视仪能够直观地对观测顺槽围岩松动圈范围进行测量，为轨道顺槽的支护方案是否合理提供直接依据。而巷道表面位移计则能够直接得到顺槽顶底板移近量和两帮移近量的观测数据，通过在顺槽顶底板中点和顺槽两帮中点安装巷道表面位移计，直接反映出随着掘进工作面的不断推进，顺槽顶底板移近量和顺槽两帮移近量的变化范围，进而得到巷道围岩随掘进工作面的不断推进而表现出的变形特征。

2.2变形特征

2.2.1围岩松动圈测试结果

在轨道顺槽顶板中央布置窥视钻孔，当窥视探头伸入钻孔1.42m时，巷道顶板岩层内出现明显离层，离层大致位于直接顶泥岩岩层与基本顶中粗砂岩岩层之间，且离层距离较小，如图2所示;当窥视探头伸入到4.1m位置时，在窥视探头穿过基本顶中粗砂岩后，未出现明顯的顶板离层现象，但是能够明显观测到基本顶岩层与其上部岩层的交界面。

在顺槽两帮中部同样布置窥视钻孔，当窥视探头伸入到1.21m时，顺槽采空侧煤帮中的煤体内部，节理裂隙明显增多，煤体内部出现大范围的破坏现象;当窥视探头伸入到1.39m时，煤体内部的节理裂隙数量明显减少，煤体的破坏程度明显缓和。而在顺槽实体侧煤帮中，当窥视探头伸入到1.0m时，顺槽实体侧煤帮中的煤体内部节理裂隙增多，煤体内部出现大范围破坏;当窥视探头伸入到1.21m，实体侧煤体完整性逐渐变好。综合分析采空侧煤帮和实体侧煤帮，采空侧煤帮的节理裂隙数量较实体侧煤帮中的节理裂隙数量多，且采空侧的煤体的破坏范围也较实体侧煤体的破坏范围大。由此可知巷道围岩松动圈范围如表1，巷道围岩松动圈范围为1.21～1.42m。

因此矿井原设计方案中，顺槽中顶板与两帮锚杆的长度为2m能够满足巷道围岩变形要求。

2.2.2顺槽围岩变形量

92104轨道顺槽的巷道围岩变形量监测结果如图3所示。

由图3可知，随着掘进工作面的不断推进，巷道围岩变形量先逐渐增大后趋于稳定，且在100 m范围内，顺槽两帮移近量和顶底板移近量值均较小，顺槽变形量满足矿井生产建设要求。顺槽在掘进过程中大致可分为三个阶段：掘进工作面超前0～30m时，为围岩变形急剧增长阶段;30～70m，为围岩变形的缓慢增长阶段;70m以后为围岩变形的稳定增长阶段。在第一阶段内，由于巷道围岩的应力状态发生变化，需要重新达到新的平衡状态，因此，顺槽两帮变形量和顶底板变形量值急剧增大，分别增大至25mm和15mm;在第二阶段内，巷道围岩的应力状态逐渐达到新的平衡状态，顺槽的围岩变形增加量逐渐缓和;在第三阶段内，巷道围岩的应力状态达到新的平衡，但是由于受到掘进工作面的开采的扰动影响，顺槽围岩的变形量依旧有所增大，但是增大的幅度较前两阶段小，此阶段内，顺槽的两帮移近量和顶底板移近量分别达到51mm和40mm。

2.3掘进期间水害危险

2018年6月30日，92104轨道顺槽掘进过程中，在距离掘进工作面30m的顺槽内的底板中央位置，出现长度约0.5米、宽度约为5mm的底板裂缝，且不断有矿井水从底板裂缝中流出，流水量约为1m3/h，导致顺槽内距离掘进工作面10m～50m范围内低洼处的积水量大增。同样2018年7月3日，在距离掘进工作面50m的轨道顺槽内，在顺槽底板靠近实体煤帮侧的位置，同样出现长度约为0.5米、宽度约为6mm的底板裂缝，同时伴随着底板矿井水不断流出，流水量约为1.1m3/h。由此可知，在该顺槽掘进过程中，底板岩层赋存有大量的底板承压水，因此需要采取安全措施防止因底板强度的减低或者不足而导致的承压水的大量涌出。

3水害防治措施

针对该矿顺槽掘进过程总中因底板裂缝出现而导致的底板承压水流出的现象，提出以下治理思路。

3.1物探探测与钻探验证

在92104轨道顺槽内，采用瞬变电磁法对超前掘进工作面的150m范围内的底板岩层进行探测，但其中存在30m范围的探测盲区。因此依据探测结果面对超前工作面30～150m范围的底板岩层的探测结果可知，底板岩层中共计出现低阻异常区域10处，其中多处出现在基本底砂岩一下的10m范围内，说明在底板范围16m位置处可能存在大范围的底板承压水。为进一步验证底板岩层的含水范围，因此对底板岩层进行钻探验证。采用钻孔窥视仪对底板岩层进行窥视，结果可知，在窥视探头深入到底板岩层约14.5m位置时，钻孔有明显的见水现象，因此可得知在顺槽底板下部14m左右的位置存在底板承压水。

3.2治理措施及治理结果

针对底板存在的承压水情况，结合该矿以往的掘进工作经验，对掘进工作面底板岩层进行注浆加固，进而提高底板岩层的强度，同时增加矿井的掘进排水系统，使得流到底板低洼处的大量积水尽快排除地面，防止底板岩层在顺槽内和底板承压水的双重作用下而出现底板岩层降低的现象，预防出现掘进工作面底板突水的重大安全事故。此外还可以对超前掘进工作面的底板岩层进行提前钻孔，对底板承压水进行提前疏排，进而实现安全掘进。

通过采用上述治理措施，92104轨道顺槽在之后的掘进过程中均未现安全事故，底板岩层的流水量也控制在安全范围之内。

4结论

针对山西某矿92104轨道顺槽的掘进情况，通过现场实测的方法，对92104轨道顺槽的巷道围岩变形特征进行实测，同时基于掘进过程中出现的底板流水现象，提出安全高效的治理思路，主要得到如下结果：

实测得到巷道围岩松动圈范围为1.21～1.42m;巷道围岩的变形特征大致可分为围岩变形急剧增长阶段、围岩变形的缓慢增长阶段和围岩变形的稳定增长阶段，92104轨道顺槽的两帮移近量和顶底板移近量分別为51mm和40mm。

针对掘进过程中出现的底板流水现象，提出物探探测与钻探验证的综合探测方法，采用底板注浆加固、增加排水系统和超前钻孔疏排的方法，实现轨道顺槽的安全掘进。

【参考文献】

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