回采巷道掘进过断层破碎带防治水技术研究

王晓强

（汾西矿业集团正新煤焦有限责任公司贾郭煤矿，山西 沁源 046500）

0 引言

随煤矿采掘深度以及开采强度不断增加，煤炭开采难度有所增大，井下采掘工作受瓦斯、顶板、地质构造以及水害等影响更趋明显[1-2]。当井下巷道掘进遇到导水断层时，若不能针对性采取防治水措施，不仅影响巷道掘进而且严重时会出现突水事故，给巷道掘进带来较为明显的安全威胁[3-4]。超前疏排以及注浆封堵可为回采巷道掘进过导水断层破碎带创造相对安全的条件，其中董守义[5]根据矿井巷道掘进实际情况，将注浆与管棚支护技术相结合，确保了巷道掘进过导水断层安全；徐继民[6]针对立井掘进过断层问题，通过改进注浆工艺确保实现了立井掘进安全；邹光华，等[7]采用新型注浆材料对断层破碎带进行注浆加固，不仅封堵导水裂隙而且提升了破碎带围岩承载能力及隔水性。上述研究成果为巷道掘进过断层破碎带防治水工作开展提供了宝贵经验。山西某矿回采范围内水文地质条件较为复杂，3500 运输巷掘进期间会揭露F23 断层，该断层有一定导水性，文中就以3500 运输巷掘进过F23 断层为工程实例，结合现场条件提出通过超前注浆加固、强化巷道围岩支护等方式进行防治水，现场应用取得较好成果。

1 工程概述

3500 运输巷主要服务于3 采区，用以采区运输、进风等，巷道沿着回采的5#煤层底板掘进，采用综掘方式，巷宽5.0 m、巷高4.75 m，设计掘进长度1 205 m，现阶段已掘进520 m。3500 运输巷设计为直墙半圆拱断面，巷道顶板岩性以粉砂岩、泥岩以及砂质泥岩为主，底板岩性以粉砂岩、炭质泥岩围岩，巷道围岩赋存较为稳定。

根据已有物探资料显示，3500 运输巷掘进至650 m时会揭露F23 断层（H=35～48 m，95°∠60°），该断层预计与底板承压水含水层间有水力联系，导致巷道掘进过F23 断层破碎带期间容易出现淋水、涌水等情况，制约巷道掘进并存在较大的安全风险。

2 F23 断层导水性探测

当3500 运输巷掘进至600 m 位置（与F23 断层相距50 m）时，在掘进迎头布置8 个探测钻孔探测F23 断层导水性，布置的探测钻孔均穿越断层，其中有2 个探测钻孔有返水情况，其余探测钻孔均未出水。在掘进迎头采用YCS-160/Protem 瞬变电磁仪对前方进行探测，具体成果如图1 所示。从探测成果看出，在F23 断层影响范围内有低阻异常区，该异常区分布范围与探测钻孔出水位置接近，因此判定F23 断层破碎带有一定导水性。

图1 瞬变电磁成果图

结合其他邻近巷道掘进揭露F23 断层情况，认为3500 运输巷掘进过F23 断层破碎带期间围岩会出现不同程度的淋水情况，出现突水或者大量涌水可能性较低。但是由于F23 断层落差较大且与下覆承压含水层间有一定的水力联系，为确保巷道掘进安全，应依据现场情况针对性制定防治水技术措施，具体采用超前注浆封堵断层破碎带导水裂隙、高强支护降低巷道围岩变形量，同时通过壁后注浆提高围岩抗变形能力并封堵潜在的导水裂隙。

3 巷道掘进过断层破碎带防治水技术

3.1 超前注浆封堵导水裂隙

3500 运输巷与F23 断层相距19 m 时（即巷道掘进至631 m 位置），布置超前注浆钻孔对断层破碎带岩体进行加固封堵，注浆加固范围为巷道掘进轮廓线外20 m，注浆封堵断层破碎带围岩并形成止水帷幕，具体注浆加固情况，如图2 所示。为提高注浆孔施工效率，钻孔用ZDY3500L 钻机钻进，注浆用ZBYS-40/12.5-18.5 注浆泵。

图2 超前注浆断面图

巷道掘进过F23 断层破碎带时涌水主要源于底板承压水，为此在超前注浆时应强化巷道底板导水裂隙加固，为此在原有注浆钻孔基础上增设注浆钻孔实现底板强化注浆，具体增设的底板注浆钻孔布置，如图3 所示。注浆钻孔布置3 排并按照15 m 间距布置，注浆加固覆盖巷道底板下方35 m。为降低注浆成本，注浆选用水泥-水玻璃双液浆，浆液水灰质量比为1∶0.8。

图3 补强注浆断面图

3.2 巷道强化支护

巷道围岩变形会产生新的裂隙，严重时会破坏注浆加固区导水裂隙封堵效果，导致巷道围岩出现淋水情况。在过F23 断层破碎带时除采用常规的锚网索支护外，增加U 型钢拱架强化巷道围岩支护。在巷道靠近断层时在构造应力作用下围岩裂隙发育程度有所增加，因此U 型钢拱架一般会在靠近断层时即开始布置，具体U 型钢拱架在F23 断层两侧的支护宽度L可通过公式（1）计算[8-9]：

式中：L 为断层两侧巷道支护宽度，m；K 为安全系数，无量纲，取5；M 为巷高，取4.75 m；P 底板承压水水头压力，取1.9 MPa；Kp围岩抗拉强度，取2.7 MPa。将上述参数带入公式（1）即可求得L=17.25 m。因此，在3500 运输巷掘在F23 断层破碎带两侧17.25 m 内均用U 型钢拱架强化支护。

3.3 壁后注浆加固

在3500 运输巷过F23 断层后，若围岩出现淋水、涌水等情况时，采用壁后注浆方式进行加固并封堵导水裂隙。在巷道围岩出水位置埋设小直径注浆管，在注浆管内先注入水泥单液浆、后采用水泥-水玻璃双液浆进行封孔。壁后注浆钻孔采用YT-28 风动凿岩机钻进，钻孔深度为1 000～2 000 mm，孔径为42 mm。壁后注浆压力应稍微大于出水压力，注浆量依据注浆位置裂隙发育程度以及注浆压力变化情况确定。

4 结论

1）采用钻探、物探技术手段对3500 运输巷掘进揭露的F23 断层水文地质情况进行探测，发现该断层破碎带导水性较弱，巷道掘进过F23 断层破碎带期间出现大量涌水或者突出风险性较小，但是由于回采的5#煤层底板有承压含水层加之F23 断层落差较大，为防止掘进导致断层活化，需针对性制定防治水技术措施。

2）依据3500 运输巷、F23 断层现场条件，提出采用超前注浆（帷幕注浆+底板强化注浆）+U 型钢架强化支护+壁后注浆方式进行防治水，通过超前注浆可封堵巷道围岩导水裂隙，避免掘进期间出现大量淋水或者涌水情况；采用U 型钢架强化支护降低围岩变形量；通过壁后注浆防治断层滞后出水。现场应用后，3500 运输巷掘进过F23 断层破碎带期间围岩未有淋水情况，防治水工作取得较好成果。