向斜应力区下组9#煤层巷道掘进防治水技术

吕兴立

冀中能源股份有限公司葛泉矿 河北邢台 054102

1 概况

葛泉矿东井开采下组9#煤，东二采区位于大油村向斜范围内，向斜两翼基本对称，倾角4°至-22°，向斜轴走向N40°左右。东二采区右翼开采标高为-190至-60m。9#煤层厚4.35-5.3m，平均厚4.8m，顶板为粉砂岩、泥岩，底板为铝土质泥岩。底板到奥灰顶面平均厚度为43.8m。

2 水文地质条件

东二采区右翼为东井掘进新区，水文地质条件复杂，主要的充水水源来自第四系底砾含水层，顶板大青灰岩含水层、底板本溪灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层。东二采区右翼巷道掘进期间，多处发生底板渗水，针对底板的超前探测钻孔均有涌水，局部钻孔在煤层底板下1-2m处即揭露本溪组灰岩水[1]。

本溪灰岩含水层由于厚度较大（4.8-8.8m平均6.8m），局部富水性强，本溪灰岩与奥陶系灰岩含水层之间隔水层厚度最薄处只有8m，很容易发生水力联系，因此奥陶系灰岩含水层可能成为工作面的间接充水含水层。主要的充水通道为导水断层、导水裂隙带、未封闭钻孔以及采煤引起的底板导水裂隙和顶板冒落导水裂隙和。

3 防治水技术措施

通过几年来总结下组煤试采经验，逐步完善并确立了科学严密的下组煤防治水技术路线,即：疏放9#上部的底砾及大青灰岩含水层水；加固9#煤底板，注浆改造下伏本溪灰岩含水层，增加隔水层强度；封堵奥陶系灰岩含水层的垂向导水通道，从而实现带压开采。针对东二采区向斜轴部掘进特点及复杂水文地质情况，巷道掘进期间制定相适应的防治水安全技术措施，主要有：综合物探探查技术、顶板大青灰岩水、冲积层底砾含水层水可控疏放技术、巷道底板全面注浆加固改造技术[2]。

3.1 综合物探探查技术

利用综合物探方法，探测本区底板导水构造和富水区段，以便有效指导掘进过程中防治水工程技术实施。

①瞬变电磁探测。巷道掘进期间在轨道大巷及运输斜巷采用瞬变电磁探测技术对9#煤底板富水区段及本溪灰岩及奥灰水原始导高进行探测。巷道掘进期间施工瞬变电磁侧向探测两次，超前探测1次，探测巷道两侧95m范围内地层连续性较好，无明显垂向结构异常或隐伏导含水构造存在。

②直流电法超前探测。巷道掘进期间采用连续直流电法超前探测技术，对巷道掘进前方及底板进行探查，为底板超前预注浆钻孔施工进行超前指导，巷道掘进期间施工直流点法超前探测9次，探测工程量800m。

3.2 顶板大青灰岩水可控疏放技术

对大青灰岩水的疏放主要采用注浆截流和巷道掘进自然疏放两种方式。

巷道掘进期间，分两次对大青灰岩进行预注浆，沿巷道正前方及两侧布置大青探查注浆孔4个（两帮各一个及巷道正前方两个）两帮孔揭露大青灰岩终孔位置控制在巷道两帮外10m处，正前方两个孔间距不大于30m，探查注浆孔设计最远探查距离为90m，终孔层位为大青灰岩底板下2m，施工大青灰岩探查钻孔8个，工程量为720m，注浆65t。

巷道掘进揭露大青灰岩后，运输斜巷大青灰岩涌水量30m3/h左右，水位疏降至-170左右，完善排水系统，通过水沟疏水。

3.3 顶板冲积层底砾含水层探测疏放水技术

巷道掘进期间进入40m冲积层等厚线后，对冲积层底砾标高进行探查控制，施工冲积层钻孔7个，工程量532.5m，对冲积层底砾含水层水进行了有效疏放，探明13m冲积层防塌煤柱线位置，确保巷道安全掘进。

3.4 巷道底板全面注浆加固改造技术

东二采区为掘进新区，该范围煤层底板下伏本溪灰岩富水性强，单孔最大涌水量大150m3/h，针对该范围本溪灰岩水量大，注浆量相对较小的情况，采取增加钻孔密度、延伸钻孔深度、合理控制注浆比重的措施，确保巷道掘进安全[3]。

①增大巷道两侧加固范围。巷道掘进时严格按防治水技术路线进行防治水工作。掘进时钻孔布置对两巷外侧加固范围扩大为30m，加大范围控制下部含水层通过侧向补给。

②增加钻孔加固密度。巷道掘进时，施工超前钻探孔进行预注浆。底板超前钻探布置3个孔（两帮及正前）；探查距离为100m，超前钻孔施工完毕后增补注浆加密钻孔（两帮及正前）；探查距离为60m，确保注浆加固效果。

③延伸钻孔加固深度。正常区段终孔层位为本溪灰岩底板下2m，对水量较大注浆效果不理想，或隔水层变薄带（不足30m），注浆钻孔终孔层位下移至本溪灰岩底板下5m-8m。

④采取见水就注、合理控制注浆比重。对深部钻孔采取见水就注，分段式注浆工艺，钻孔揭露本溪灰岩含水层前、本溪灰岩中、本溪灰岩下部5-8m进行3次注浆，根据注浆钻孔水量、注浆压力变化、注浆时间等合理调整浆液比重确保注浆效果。施工检查钻孔对巷道底板注浆加固效果进行检验，为下一步底板注浆加固及防治水工作提供技术依据。

东二采区右翼巷道掘进期间施工底板注浆加固钻孔131个，工程量12784.5m，注浆14125.46t。通过施工底板注浆加固钻孔，达到了底板注浆加固要求，完成了本溪灰岩含水层改造为相对隔水层目的，达到了加固煤层底板隔水层、对巷道底板垂向导水裂隙进行封堵和有效阻隔下伏高压奥灰水导升高度向上延伸的预期目的。

4 结语

通过采取物钻探相结合的方法综合探查巷道底板富水情况，疏放顶板含水层水，注浆加固底板，对巷道底板进行全面加固，本溪灰岩承压水导升高度得到了有效控制，对煤层底板隔水层及本溪灰岩含水层含（导）水裂隙进行了充分充填，对异常区进行了充分注浆加固，大大补强了9#煤底板隔水层的阻水性能，完成了本溪灰岩含水层改造为相对隔水层目的，达到了加固煤层底板隔水层、为深部采区开采防治水安全技术措施的执行提供依据，确保巷道安全掘进，为在全矿及相类似矿井类似水文地质条件下具有很强的推广价值。