综合防治水技术在综掘煤巷施工中的应用

焦兴鹏

（山西焦煤汾西矿业集团安全监察中心，山西 介休 032000）

水害是巷道掘进期间面临的主要灾害类型之一，在巷道掘进前应综合使用物探、钻探等技术对掘进前方地质条件、赋水情况等探测，并依据探测结果综合使用疏排水、注浆封堵或者改变巷道掘进方位等措施，降低水害对巷道掘进影响[1-3]。现阶段矿井普遍采用综掘方式掘进巷道，巷道掘进效率高，对掘进期间采取的综合防治水技术提出更高要求[4-5]。

1 工程概况

山西某矿3502运输巷沿着5号煤层底板掘进，巷道设计断面为矩形（净宽4 400 mm、净高2 800 mm），5号煤层埋深380 m，厚度均值2.8 m、倾角5°~12°。5号煤层顶底板以泥岩、砂质泥岩为主。3502运输巷采用EBZ-160综掘机掘进，锚网索喷支护方式控围岩。

根据已有地质资料显示，3502运输巷掘进范围内水文地质条件简单，但是上覆裂隙较为发育，顶板局部位置可能存在有富水区，从而给巷道掘进带来一定制约。加之巷道顶板层遇水软化，导致巷道围岩变形量增加甚至出现围岩支护体系失效问题。为此，在巷道掘进期间应采用综合防治水技术，确保巷道安全掘进。

2 综合防治水技术

2.1 瞬变电磁超前探测

3502运输巷掘进防治水中重点是富水区探测，确定富水区域内水压、水量以及赋存范围。为此。采用瞬变电磁技术进行探测，瞬变电磁法具有探测精度高、范围广以及探测施工便捷等优势。探测使用的瞬变电磁仪型号为YCS40（A），采用偶极装置探测，发现线框规格2 m×2 m。为确保瞬变电磁探测范围及掘进前方，在掘进迎头位置按照0°、30°、45°以及60°等4个方位探测，具体各个方向测点布置如图1所示。单次探测范围为掘进巷道前方90 m。

图1 掘进迎头瞬变电磁测点布置示意图

根据已有瞬变电磁探测经验，将视电阻率在10 Ω以上范围确定为含水性较差区域；电阻率在10 Ω以下范围为富水区，通过瞬变电磁探测范围内视电阻率变化实现确定富水区域。

2.2 长距离钻孔探测及疏排

对瞬变电磁法确定的富水区域，施工长距离探测钻孔进行探测并疏排。在巷道与异常区相距30 m时停止掘进，为降低疏排水给巷道掘进影响，将钻孔布置在迎头后方10 m位置，顶板以及两帮各布置一个钻孔，具体钻孔布置如图2所示。

图2 长距离钻孔布置示意图

长距离钻孔开孔角度与确定的异常区范围分布有关，具体布置时以最大程度疏排为标准，在长距离钻孔施工期间应避免钻孔穿孔问题并降低钻孔钻进给巷道锚网索支护体系影响。钻孔施工采用ZDY650（MK-3）钻机，钻杆Φ50 mm，钻孔开孔采用113 mm钻头并钻进10 m，随后采用75 mm钻头钻进至设计孔深。钻孔钻进10 m后即可下放Φ91 mm、长度10 m套管，并采用水泥固管，套管耐压应高于水头压力1.5倍以上。钻孔施工完毕后在出水口位置布置柔性排水管并引导排水沟内。

排水钻孔处于综掘机后方，有助于钻孔成孔以及后续其他工作开展。通过长距离钻孔疏排后对水压进行测试，确定水压在0.1 MPa以内时且浅部检验钻孔判定无突水危险时，方可恢复迎头掘进。

2.3 注浆封堵措施

注浆措施是否开展取决于巷道顶板淋水情况，若顶板淋水量较小或者未淋水时，则可利用原有的疏排水钻孔进行注浆封堵；若顶板淋水量较大则综合采用深孔、浅孔注浆。

将掘进巷道排水沟上方长钻孔作为观察孔，其余钻孔进行注浆，在注浆期间时刻监视观察孔返水情况，当观察孔外溢注浆浆液时停止注浆。注浆泵为2TG2-60/210，深孔注浆目的主要是封堵导水裂隙并辅助对加固顶板注浆压力（4 MPa）。当巷道顶板淋水较大或者淋水范围较广时辅助浅孔注浆，浅孔注浆不仅可与深孔注浆相配合提高导水裂隙封堵效果，而且可提高巷道围岩整体强度，降低巷道围岩变形量。浅孔注浆孔采用锚杆钻机施工，钻孔深度为4 m，布置如图3所示。

图3 注浆钻孔布置示意图

深孔以及浅孔注浆均采用水泥单液浆，在注浆完成后可根据掘进巷道顶板淋水情况决定是否进行二次注浆。

3 现场应用效果分析

在3502运输巷掘进期间综合使用瞬变电磁以及超前钻孔探测，共发现巷道顶板存在8处富水区域，其中有5处富水区域积水量超过1 000 m3。通过采用超前疏排钻孔、短距离探测钻孔等共计排水超过7 800 m3。

由于通过超前钻孔进行注浆并辅助采用浅孔注浆方式对巷道围岩潜在的导水裂隙进行封堵，巷道掘进至富水区域时顶板淋水量较小，最大淋水控制在0.8 m3/h，顶板淋水不会给巷道掘进以及围岩控制带来制约。后对顶板淋水区域进行二次注浆加固，顶板淋水问题得以彻底解决。在富水段巷道采用锚网索喷支护方式控制围岩，期间巷道围岩变形量较小，不会给巷道正常使用带来制约。

4 结论

1）突水是巷道掘进期间主要安全风险之一，特别是采用综掘方式掘进时由于掘进速度较快，作业人员一直处于掘进迎头，突水对巷道掘进影响更为显著。因此，应依据现场实际情况针对性采用防治水技术。

2）在3502运输巷掘进时采用瞬变电磁确定前方富水区域范围，通过超前钻孔进行探测及疏排，后采用深孔注浆方式对富水区裂隙进行封堵；根据巷道掘进实际情况决定是否采用浅孔注浆以及二次注浆。现场应用后，3502运输巷在富水区域掘进时顶板淋水基本不会给巷道掘进以及围岩控制带来影响，巷道围岩保持稳定，现场取得较好应用成果。