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1、掘进巷道顶板综合防治水技术探析王小坡1,2,查文华1,2,张兰翔1,2,刘小虎1,2(1.安徽理工大学 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，安徽 淮南232001; 2,安徽理工大学 能源与安全学院，安徽淮南232001)摘要：为了减小山西某矿10#煤顶板采空区积水危害，在掘进10+11#煤联合巷道时，以加 强顶板水探测为基础，采用深孔排水、“深孔+浅孔”注浆、留设观察孔等针对性措施对巷道 顶板水进行综合治理。防治水取得了良好的效果，保证了巷道安全快速掘进，为区段巷道掘 进及工作面回采积累了经验。关键词：防治水；顶板水；瞬变电磁法；顶板注浆Roof Water Integrated Pr
2、evention Method of Drivage RoadwayWANG Xiao-po1,2, ZHA Wen-hua1,2, ZHANG Lan-xiang1,2, LIU Xiao-hu1,2(l.Provincal and MOE Joint Established Key Laboratory of Mine Safety and High Efficient Mining , AnhuiUniversity of Science and Technology, Huainan Anhui232001 China ; 2.School of Energy and Safety,
3、AnhuiUniversity of Science and Technology, Huainan Anhui232001 China )Abstract： In order to reduce the harm of The 10rd coal goaf roof water of a mine in shanxi,when 10+11rd United Coal roadway excavation,On the basis of strengthening the roof water detection, Using deep hole drainage deep hole + sh
4、allow hole grouting setting up observation hole and other targeted measures for integrated management of the roadway roof water。Preventing water achieved good effect, to ensure the roadway drivage safely and quickly, and provide experiences for the section of roadway tunneling and mining face.Key wo
5、rds:water prevention and control;goaf water ;transient electromagnetic method; roof grouting煤底板也发生一定深度的破坏，减少了有效隔水层1概况10+11#煤层运输巷及轨道巷均宽4.4m、高2.8m，两巷间距20m。上部为7、9#煤部分采空区 及大巷煤柱，10#煤距离上部采空区平均距离 11.15m。10#煤层厚度 0.91-1.90m，平均 0.96m， 煤层直接顶为砂质泥岩，老顶为泥岩，井田内大部 分地段与11#煤层合并，属稳定全区可采的煤层。 11#煤层厚度0.65-2.54m，平均1.72m，含矸
6、1-2 层。巷道沿10#煤顶板掘进，为半煤岩巷，大巷采 用锚杆、锚网、喷浆联合支护的方法进行支护，采 用EBZ-160型掘进机掘进施工，后部配皮带运输机 运输煤矸的综合机械化方式进行掘进。矿井含水层较少，7、10#煤层的直接充水含水 层是太原组岩溶裂隙含水层，属弱一中等富水性含 水层。矿区地表为山体构造，无地表水体。该矿区 水文条件虽较为简单，但煤层埋藏浅基本不含表土 层，隔水性能差；上覆岩层裂隙较发育，雨水可以 通过地表及岩层裂隙进入采空区。7、9#煤的开采 不但导致上覆岩层裂隙的扩大和增多，而且使9# 基金项目：国家自然科学基金(51004002)； 厚度。10#煤顶板为泥岩，在遇水后弱化
7、强度降低， 给巷道支护及维护工作也带来很大困难。在巷道掘 进初期就出现多处淋水，巷道低洼处积水一度淹没 皮带输送机；在巷道掘进至484m处时，甚至出现 顶板软化锚固失效现象，顶板出现厚度1.5m左右 的冒顶，冒落矸石达30t，严重威胁施工人员生命 安全。根据地质条件及9#煤开采情况分析，上部采 空区可能存在较多积水区域，但单个积水区域的积 水量相对较小。淋水、涌水及顶板弱化现象会贯穿 在巷道掘进的整个过程中，给安全生产带来很大威 胁，因此，有效的治理顶板水是保证航道安全掘进 的关键。2瞬变探测法原理及探测结果在防治水过程中，对顶板水的准确预报是治理 的关键。为了能对顶板积水实现水压、水量及范围
8、 的准确估计，决定使用瞬变电磁法进行超前探测。 瞬变电磁法以其对低阻含水体灵敏、受体积效应影 响小、纵横向分辨率高、施工灵活轻便及工作效率 高等特点而被广泛应用。2.1瞬变探测法超前探水巷道超前探测使用福州华虹智能科技开发有 限责任公司研制的YCS40 (A)型瞬变电磁仪。电 磁仪发射线框边长为2mX2m，采用偶极装置进行 探测。为了使探测范围能够全部或基本覆盖10+11# 煤层运输巷及轨道巷顶板和上覆岩层，设计对每一 测点进行与煤壁成0、30、45、60四个方 向的探测。每一次探测在巷道迎头布置9个测点， 测点布置如图1所示。为了提高探测精度，实际探 测掘进巷道迎头前方90m,解释迎头前方9
9、0m,盲 区为10 m，确定探测间隔距离为60m。瞬变电磁探 测数据处理采用YCS40(A)型矿井瞬变电磁仪配套 的MTem2.0处理系统，其处理主要流程为：数据 上传-格式转换-数据滤波处理-计算晚期视电阻率- 正反演计算-结果成图。3 45672、 L 7IiIn 845 .岫IIM*451迎头9掘进方向图1迎头测点布置图2视电阻率断面图根据探测经验，电阻率值高于10 Qm，表 明该范围内岩层含水性差；相反，电阻率值低于 io Q m，推断为前方岩性变化或含水所致。依此 特征对视电阻率断面图(如图2所示)进行分析， 确定异常区域位置及范围，同时打探水孔进行验证 分析，为后续排水堵水工作做好
10、准备。由于两巷间距较近，探测选择在运输巷进行， 在接近异常区域时为了探明积水情况，可在轨道巷 增加测点。对得到确认的每个积水区域进行数字标 记，详细记录积水区位置、预计水量、水压及区域 范围。2.2探测结果从长期探测结果上看，巷道顶板采空区积水符 合“积水量小、积水点多”的特点，水头高度在5 30m之间，通过采厚预计法计算积水量，其公式如 下：KLMHW =cos a式中：W积水量，m3；M采厚，m;L积水区长度，m;h积水水头高度，m;a煤层倾角，( );K充水系数，取0.280.32。根据相关参数进行预计，采空区每个积水区域 顶板积水静水量在5002000m3之间，水压一般小 于 0.3M
11、pa。3排水及注浆堵水措施3.1排水措施根据积水特点，采用巷道顶板高位钻孔进行排 水，选择在运输巷施工，如需要增加排水孔数量， 则在轨道巷补打排水孔。根据生产经验，在异常区 域边界至少30m外掘进面暂停掘进，并施工排水孔。 排水孔布置在掘进面后方10m左右位置处，巷道顶 板靠近距两帮50cm各施工一个排水孔。施工角度 视积水区域面积决定，以最大限度放水为标准，同 时避免各孔之间施工的影响及对锚固的破坏。使用 ZDY650(MK-3)型煤矿用全液压坑道钻机先用q 50mm钻杆进行施工，开孔直径110mm，终孔直径 75mm。钻10m后下10m0 91mm套管，下管前清理钻 孔再用水泥浆封孔，压力
12、不小于水压的1.52倍， 持续时间在20 min以上，保证孔口及附近岩层不漏 水为合格。钻探时钻进和退钻应采用反压和有防喷 装置。在二级套管安装阀门和压力表，再换75mm 钻头钻进直至终孔，终孔位置穿透积水区。钻孔完 成后，在出水口增加一段柔性排水管，延伸至巷道 底板简易排水沟进行排水工作，同时对初始水压及 水流速度进行记录。这种排水方式的特点是：排水孔位于掘进面后 方10m左右位置，处于掘进机后方，不但具有足够 的空间进行钻孔施工，且巷道巳支护完成，有利于 施工的安全和钻孔成孔。排水孔布置在掘进巷道上 方，不影响巷道掘进施工，同时孔内用水泥浆固定 耐压套管，保证了排水孔不受掘进影响，不出现塌
13、 孔现象。r-30m采空区积水1 1-Qffl!图3排水孔布置图当水压将至0.1Mpa以下时，根据浅孔注浆检验 顶板淋水的需要，暂停排水掘进面恢复掘进。3.2注浆措施注浆措施的选择，根据积水区下方巷道顶板淋 水情况决定。积水区下方顶板较完整没有出现大面 积淋水，则利用其中一个排水孔进行单孔注浆；如 果掘进至积水区下方，顶板淋水较多范围较大，则 采用深孔与浅孔注浆相结合的方法堵水。深孔注浆利用排水沟另一侧的排水孔，排水沟 上方的排水孔留作观察孔。在进行深孔注浆时，观 察孔打开并缓慢排水，用以监测注浆效果并防止被 注浆液堵塞，当观察孔排出的水中混有注浆液时停 止注浆并封孔。注浆选用2TG2-60/
14、210型号注浆 泵，由于积水区域水压较小，深孔注浆以对巷道顶 板积水区域岩石裂隙进行填充为主，对巷道顶板进 行加固，选择注浆压强4Mpa。浅孔注浆用于淋水面 积较大、淋水较多的积水区下方巷道，顶板裂隙增 多强度降低，一方面配合深孔进行堵水，另一方面 增加顶板强度。浅孔利用风钻或锚杆钻机进行注浆 孔打眼，采用压风做动力进行高压注浆，风压一般 要大于0.5MPa。根据淋水情况观测并保证注浆效 果。浅孔注浆选择在迎头巳支护区域进行，每向前 掘进支护5m，即进行注浆工作。浅孔注浆孔深一般 为4m，注浆孔布置在顶板及两帮，一次施工注浆巷 道长度为5m。注浆孔布置如图4所示。为了便于就地取材，降低注浆成本
15、，注浆材料 选用新鲜pc325#水泥与粗砂按1:1配合比混合。注 浆后根据顶板具体淋水情况，再施工第二次的加密 孔进行注浆堵水以扩大注浆覆盖面。巷道掘进通过 积水区域下方后，探水孔打开继续放水至不在有水 流出。;80cm帮部注浆孑L排 距4 0 0 cm巷道断面布置m c 0 0 1m c 0 02巷道顶板布置图4浅孔注浆钻孔布置图3.3管理及安全措施(1) 排水钻孔施工时固定好钻探设备，除相关 人员外其余全部撤出，并保证避灾路线畅通，巷道 内必须设有通信和照明装置。(2) 施工钻孔时，严格控制钻孔与锚杆、锚索 间的距离，避免钻头与锚杆、锚索碰撞毁坏钻杆及 锚固破坏的发生。(3) 在巷道的低标
16、高点，铺设管路一侧开凿排 水硐室，用于相近多个排水孔的储存和集中排出， 避免钻孔排水和涌水在巷道内部积聚，影响巷道施 工及行人。硐室具体位置视排水孔位置决定，巷道 内配置流动排水泵。(4) 每班安排人员进行水量监测，作为放水量 计算基础。当钻孔不出水时，应安排钻探人员疏通， 保持钻孔畅通。(5) 合理安排掘进、排水、注浆的施工及人员 安排，各施工及工序间要衔接紧密，提高掘进速度。3.4效果分析巷道掘进4500m进行统计，通过探测共发现13 处巷道顶板积水区域，其中积水量超过1000m3的 有5处，经统计总的排水量达到13634 m3。在6、 10号积水点由于积水量大，通过计算两个排水孔进 行排
17、水的时间超过24h，于是在轨道巷增加排水孔 缩短排水时间。在10号积水区下方，巷道顶板泥 岩软化严重，掘进过程中岩石不断脱落，给支护造 成很大困难。研究决定立即采取紧急措施，停止掘 进同时对顶板积水做排干处理，使用所有排水孔进 行深孔注浆，大量注浆后，进行支护并实施浅孔注 浆。等到巷道围岩稳定，在位于10号积水区下方 重新施工观察孔，用于水量观察及排水。掘进期间发生多次降雨，除11号积水点外，观 察孔压力表水压均有变化，表明多数积水区降水通 过裂隙对采空区进行补给。发现水压变化随雨量变 化较明显，但水压最大不超过0.5Mpa，稳定水压均 0.3Mpa。巷道注浆段及喷浆支护的顶板和两帮均 未发生
18、淋水现象，注浆效果明显。掘进过程中没有 出现涌水及冒顶事故，保证了生产安全。4结语1) 实践证明，对可能的积水区域进行科学探测， 明确顶板积水位置及范围，有助于预测顶板水量及 水压大小，为制定合理的排水注浆方案提供了依 据。合理的探测手段，能有效避免超前钻孔探水的 空探、长探、漏探的现象，提高探水效率，减少探 水工程量。2) 在巷道掘进过程中，根据顶板采空区实际 积水情况，制定了顶板高位钻孔排水、深孔+浅孔 注浆、留设观察孔、补打排水孔及注浆孔等一系列 措施。这些措施针对性强，在空间和时间上合理安 排了掘进、排水、注浆的施工时序，减少各操作的 互相间的干扰，取得了良好治水效果的同时，保证 了巷
19、道安全快速掘进。3) 巷道排水孔既作为前期排水用，部分钻孔在 注浆时又作为注浆孔，同时每个积水区域留一个排 水孔作为观察孔并在采空区重新积水时负责排水， 达到了一次施工多次使用的目的，减少了工程量， 提高了劳动效率。通过后期观测，留设的观察孔能 有效对顶板水进行疏排，使补给的采空区积水及时 排出，达到了留设的效果。4) 针对巷道顶板破碎及大量淋水，采用浅孔注 浆在进行堵水的同时对巷道围岩进行加固，有效提 高了围岩强度，保证了锚固支护的安全。5) 10+11#煤煤层大巷防治水的成功实践，为 后续区段巷道掘进及工作面回采积累了丰富的经 验。参考文献：1 张光德，李栋臣.矿井水害防治M.徐州:中国矿 业大学出版社,2003.2 袁延,陈锁忠，张玉东.注浆堵水在吴桂桥煤矿 的实际应用J.煤矿安全,2009(9) :5456.3 李冠良，袁凌晖，邢吉亮，等.老空水防治技 术探讨J.煤炭工程,2007(2):6668.4 封云杰.赵庄矿井3#煤层顶板水防治方法探析J.煤炭工程，2006.11 (3) :6972.5 王剑峻.单侯矿井首采区疏水降压方案研究J. 煤炭工程,2008(7):5759.作者简介：王小坡(1985-)，男，汉族，安徽淮北人，安 徽理工大学在读硕士，现从事水灾害防治和水资源评价方面 的研究。
