楊洪勇

（大同煤礦集團(tuán)宏泰礦山工程建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003）

四臺(tái)礦是大同煤礦集團(tuán)的主力生產(chǎn)礦井，位于大同煤田西北部，面積約65.46km2。采用斜井立井混合式開拓方式，主采煤層有11#、12#、14#三層，現(xiàn)開采的主要是12#、14#煤層。8804工作面由四臺(tái)礦綜采一隊(duì)進(jìn)行開采作業(yè)，在掘進(jìn)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)巷道頂板的采空區(qū)有積水現(xiàn)象，嚴(yán)重危害到煤礦開采的正常進(jìn)行。集團(tuán)公司安排宏泰礦山工程建設(shè)公司來(lái)對(duì)其掘進(jìn)巷道進(jìn)行綜合防治水技術(shù)的應(yīng)用研究。

1 礦井概況

四臺(tái)礦8804工作面在膠帶順槽里程1706～1784m間揭露一落差0.4m、走向近南北的逆斷層，該斷層造成頂板局部巖層破碎，但無(wú)導(dǎo)水跡象。工作面其他部位無(wú)導(dǎo)水?dāng)鄬咏衣?，不存在斷層?dǎo)水現(xiàn)象。通過(guò)掘進(jìn)巷道、探水鉆孔以及密集分布的抽放瓦斯鉆孔資料，工作面范圍內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)隱伏陷落柱等構(gòu)造。

該工作面回采期間主要充水水源為12#煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水的滲透性補(bǔ)給。4#煤頂板巖性主要由中粗粒砂巖和泥巖組成，在頂板60m的導(dǎo)水裂縫帶范圍內(nèi)，砂巖厚度35.4m，占層厚的59%，煤層底板有6.14～9.49m的厚層中粗砂巖。在4條順槽的掘進(jìn)過(guò)程中，膠帶順槽里程640～850m之間、11#回風(fēng)順槽里程600～750m之間頂板有較大的淋水過(guò)程，其中膠帶順槽最大涌水量30.6m3/h，單個(gè)錨索眼水量11m3/h；回風(fēng)順槽最大涌水量7.2m3/h。上述兩段出水較大的巷道基本處于同一寬緩向斜的核部。經(jīng)過(guò)2處巷道對(duì)砂巖裂隙水的長(zhǎng)時(shí)間疏放，其后巷道掘進(jìn)過(guò)程中基本沒有砂巖裂隙水的危害，說(shuō)明工作面在局部砂巖裂隙發(fā)育處有裂隙水賦存，表現(xiàn)為靜儲(chǔ)量消耗型為主，易于疏干，對(duì)工作面安全回采影響不大。該工作面奧灰水位838m，煤層頂板承受的奧灰水壓0.99～1.61MPa，底板隔水層厚度163.85～169.48m，突水系數(shù) 0.0159～0.0197MPa/m，屬于安全帶壓開采區(qū)，在未遇到隱伏構(gòu)造如導(dǎo)水?dāng)鄬雍拖萋渲惹闆r下，一般不會(huì)發(fā)生奧灰突水，但必須要有資質(zhì)的單位編制帶壓開采設(shè)計(jì)，進(jìn)行進(jìn)一步防治。

2 巷道的支護(hù)情況

8804綜放工作面是四臺(tái)礦的首采工作面，掘進(jìn)巷道主要是采用錨桿、錨索、鋼筋網(wǎng)、梯子梁聯(lián)合支護(hù)，其具體的支護(hù)情況見表1所示。頂板破碎段采用加強(qiáng)錨索（補(bǔ)打）方式加強(qiáng)支護(hù)。

3 瞬變探測(cè)法原理及探測(cè)結(jié)果

在掘進(jìn)巷道頂板的防治水過(guò)程當(dāng)中，必須要做好準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。一般使用瞬變電磁法來(lái)對(duì)頂板積水的水壓、水量及范圍進(jìn)行相關(guān)的準(zhǔn)確測(cè)量。瞬變電磁技術(shù)在煤礦井下水文地質(zhì)情況的探測(cè)應(yīng)用情況已非常多，主要優(yōu)勢(shì)在于不需要對(duì)檢測(cè)物體進(jìn)行直接的接觸。本次掘進(jìn)巷道超前探測(cè)使用的是礦用瞬變電磁儀YCS40（A）。該儀器具有抗干擾、輕便、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。本次對(duì)于8804工作面掘進(jìn)巷道的探測(cè)，采用2m×2m的多匝數(shù)矩形回線裝置進(jìn)行測(cè)量。按要求對(duì)每一測(cè)進(jìn)行與煤壁成0°、30°、45°、60°共4個(gè)方向的探測(cè)，保障可以對(duì)巷道的頂板和上覆巖層進(jìn)行全面覆蓋。探測(cè)過(guò)程的探測(cè)點(diǎn)布置情況見圖1所示。

圖1 迎頭測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)量過(guò)程中，實(shí)際探測(cè)迎頭前方90m，解釋迎頭前方90m，盲區(qū)為10m，確定探測(cè)間隔距離為60m。數(shù)據(jù)經(jīng)瞬變電磁儀配套系統(tǒng)進(jìn)行處理。其檢測(cè)結(jié)果為采空區(qū)每個(gè)積水區(qū)域靜水量在500～2000m3之間，水壓一般小于0.3MPa。

4 排水及注漿堵水措施

4.1 排水措施分析

四臺(tái)礦井下設(shè)有中央泵房，各盤區(qū)及巷道積水通過(guò)水泵或泄水孔排至1030大巷水溝，流入中央泵房水倉(cāng)。中央水泵房安裝DK400-22型離心式水泵4臺(tái)，其中2臺(tái)工作，1臺(tái)備用，1臺(tái)檢修。沈陽(yáng)水泵廠生產(chǎn)，電機(jī)功率440kW，額定揚(yáng)程206m，沿付井筒安裝Φ250mm排水管路2趟（1趟工作，1趟備用），排水高度約183.34m，水泵技術(shù)測(cè)定每臺(tái)水泵平均每小時(shí)排水量為320m3/h，礦井設(shè)主、付水倉(cāng)，水倉(cāng)總?cè)萘繛?162.8m3。在8804工作面兩順槽內(nèi)低洼處水泵窩配備5.5kW水泵，頭、尾備4寸泵進(jìn)行備用。

在運(yùn)輸巷道進(jìn)行施工，通過(guò)“巷道頂板高位鉆孔”的措施來(lái)進(jìn)行排水作業(yè)。視排水量的情況可以在軌道巷增補(bǔ)相應(yīng)的排水孔。排水孔的布置如圖2所示，孔位置選擇在迎頭后方10m處，頂板靠近兩幫50cm處同時(shí)設(shè)置1個(gè)排水孔。根據(jù)采空區(qū)積水的面積來(lái)確定具體的施工角度，還需要考慮孔與孔之間對(duì)錨固的破壞作用。

圖2 排水孔布置圖

4.2 注漿措施

注漿措施需要根據(jù)積水區(qū)下方巷道頂板的淋水情況進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)決定。對(duì)于積水區(qū)下方?jīng)]有出現(xiàn)大面積淋水，進(jìn)行單個(gè)排水孔的注漿措施就行了，頂板淋水面積較大，需要“深孔+淺孔”結(jié)合的方式進(jìn)行注漿堵水。

進(jìn)行注漿作業(yè)時(shí)，將用來(lái)做為觀察孔的排水孔打開進(jìn)行排水，以監(jiān)視注漿效果并防止被注漿液堵塞，當(dāng)注意到觀察孔排出的水中混有注漿液時(shí)，停止注漿操作并實(shí)行封孔作業(yè)。注漿選用ZBQ-27/1.5礦用氣動(dòng)注漿泵，操作過(guò)程發(fā)現(xiàn)積水區(qū)域的水壓不高，深孔注漿以對(duì)巷道頂板積水區(qū)巖石裂隙進(jìn)行填充為主，對(duì)巷道頂板進(jìn)行加固，注漿壓強(qiáng)為4MPa。淺孔注漿用于淋水面積較大、淋水較多的積水區(qū)下方巷道，一方面配合深孔進(jìn)行堵水，另一方面增加頂板強(qiáng)度。淺孔利用錨桿鉆機(jī)進(jìn)行注漿孔打眼，以風(fēng)壓做動(dòng)力進(jìn)行注漿，風(fēng)壓一般大于0.5MPa，根據(jù)淋水情況觀測(cè)并保證注漿效果。淺孔注漿在迎頭已支護(hù)區(qū)域進(jìn)行，每向前掘進(jìn)支護(hù)5m，即進(jìn)行一次淺孔注漿。注漿孔深為4m，布置在頂板及兩幫如圖3所示。

圖3 淺孔注漿鉆孔布置圖

注漿材料選用pc325#水泥與粗砂，并將其按照1:1來(lái)進(jìn)行混合配比。注漿措施實(shí)施后，觀察其頂板體淋水的情況，再進(jìn)行第2次的加密孔注漿堵水工作。

4.3 管理及安全措施

“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有采必探、先治后采”是防治水害的基本原則，四臺(tái)礦堅(jiān)持這一原則。遇到下列情況：（1）當(dāng)掘進(jìn)到接近含、導(dǎo)水?dāng)鄬?、溶洞和?dǎo)水陷落柱時(shí)；（2）當(dāng)工作面巷道底板強(qiáng)承壓含水層時(shí)，威脅的采煤工作面；（3）當(dāng)快要接近于灌漿區(qū)時(shí)。以上情況都必須探水采掘。

5 實(shí)踐效果分析

四臺(tái)礦8804工作面掘進(jìn)巷道頂板采用綜合防治水技術(shù)取得了很好的實(shí)踐效果。在長(zhǎng)達(dá)4500m的掘進(jìn)過(guò)程當(dāng)中，共發(fā)現(xiàn)13處頂板積水，總的排水量達(dá)到了21544 m3。在8號(hào)積水點(diǎn)因其水量大，增加2個(gè)排水鉆孔。9號(hào)積水點(diǎn)的頂板泥巖軟化問題導(dǎo)致了掘進(jìn)當(dāng)中的支護(hù)困擾。決定停工先對(duì)頂板水做排干處理，使用所有排水孔進(jìn)行深孔注漿，隨后進(jìn)行支護(hù)并實(shí)施淺孔注漿。圍巖穩(wěn)定后再在積水點(diǎn)下方重新施工觀察孔，用于水量觀察及排水。在8804工作面巷道掘進(jìn)過(guò)程中，多次降雨也沒有對(duì)水壓產(chǎn)生影響，巷道注漿段及噴漿支護(hù)的頂板和兩幫均沒有有淋水現(xiàn)象，整個(gè)防治水的效果明顯，有效地保障了四臺(tái)礦8804工作面掘進(jìn)巷道的安全。