蔡 驥

（山西焦煤西山煤電（集團(tuán)）公司屯蘭礦，山西 古交 030200）

0 引言

煤炭資源在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有極為重要的地位，是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石[1]。近年來，隨著易采資源的逐漸枯竭，復(fù)雜地質(zhì)條件煤層開采成為煤炭資源可持續(xù)發(fā)展的重要發(fā)展方向[2]。其具體難度在巷道掘進(jìn)方面，體現(xiàn)為巷道過斷層破碎帶，尤其當(dāng)巷道受到突水威脅時的防治水的問題，若防治水作業(yè)出現(xiàn)失誤，則會直接導(dǎo)致淹井事故的發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計，近一段時期，巷道掘進(jìn)突水淹井事故不斷發(fā)生并呈現(xiàn)相互增長趨勢，嚴(yán)重影響煤礦企業(yè)的安全高效生產(chǎn)[3]。若防治水作業(yè)過度，則會嚴(yán)重影響煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

眾多學(xué)者從不同角度對巷道掘進(jìn)時防治水的理論分析和技術(shù)措施方面進(jìn)行了研究，學(xué)者宗義江[4]基于礦井遇到的高承壓水巷道掘進(jìn)實際問題，利用數(shù)值模擬的方法，分析了高承壓水巷道的突水機理，提出了巷道多級支護(hù)方法。學(xué)者董守義[5]從礦井防治水實際出發(fā)，提出了管棚支護(hù)與巷道注漿技術(shù)相結(jié)合的措施。但這些研究并用從防治水系統(tǒng)出發(fā)，沒有將理論與實際有效結(jié)合，無法對現(xiàn)場實際進(jìn)行有效指導(dǎo)。

本文針對屯蘭礦南翼8#煤膠帶巷過斷層破碎帶防治水的工程實際出發(fā)，對巷道過斷層破碎帶的巷道掘進(jìn)與防治水工程提出了一整套行之有效的措施，有效降低了巷道突水危險系數(shù)，保證了屯蘭礦的高效安全生產(chǎn)。

1 掘進(jìn)工作面概況

1.1 掘進(jìn)工作面概況

工作面地表位于原平河及梁莊村以東，房車溝附近，臨近設(shè)計的南六回風(fēng)井，地面標(biāo)高1041～1087m，蓋山厚度384～407m。井下北西接南翼8#煤膠帶機巷，臨近土地溝斷層下盤，南西鄰南六回風(fēng)巷(已施工300m至南六風(fēng)井底)。巷道由從K21號點前5.4m處開始以+3.6°起坡，方位143°18′向前施工156m，然后以+3‰向前施工106m，拐彎與南六回風(fēng)巷貫通。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造情況

根據(jù)已施工的南六回風(fēng)巷揭露情況分析，巷道向前21m揭露土地溝斷層（H=90∠70°，破碎帶寬度40m），另外向前施工還將揭露數(shù)條大小不一的正斷層。

2 水文地質(zhì)情況

2.1 土地溝斷層情況

土地溝斷層在該巷道揭露落差為90m，該斷層從結(jié)構(gòu)面性質(zhì)看應(yīng)為壓扭性正斷層，巖層較為破碎，裂隙發(fā)育，破碎帶以煤屑和砂巖充填，鏡面擦痕明顯，下盤有明顯牽引。

2.2 斷層處奧灰峰峰組富水性評價

斷層破碎段全區(qū)帶壓，主要含水層為奧陶系灰?guī)r含水層，該區(qū)奧灰含水層富水性中等，奧灰水混合水位靜水位標(biāo)高為860m，工作面底板標(biāo)高670～680m，工作面水壓1.80～1.90MPa，土地溝斷層下盤段及破碎帶突水系數(shù)0.0629～0.0643MPa/m，上盤段突水系數(shù)0.0237～0.0257MPa/m。

現(xiàn)計劃施工的南翼8#煤膠帶機巷斷層下盤距奧灰峰峰組頂界面為35m，該區(qū)峰峰組厚約110.56m。

2.3 土地溝斷層賦水性探測情況

采用Protem瞬變電磁儀對斷層賦水性進(jìn)行探測，順層方向、偏底板方向如圖1，探測成果平面圖如圖2，分析可知，斷層破碎帶僅局部視電阻率略低，判斷為巖層局部弱含水引起，南翼8#煤膠帶巷揭露土地溝斷層時，其破碎帶發(fā)生出水的可能性較小。但由于該段巷道與奧灰間距較近，且為構(gòu)造破壞帶，為防止斷層滯后出水，必須制定南翼8#煤膠帶巷過土地溝斷層防治水方案。

圖2 南翼8#煤探測成果平面圖

3 南翼8#煤膠帶巷過土地溝斷層防治水方案

3.1 施工前預(yù)注漿

施工前對土地溝破碎帶進(jìn)行預(yù)注漿，使巷道周圍至少20m范圍內(nèi)形成帷幕，由于破碎帶充填壓實情況不明，暫按照5～10m擴散半徑設(shè)計，注漿過程中漿液需先稀后稠，一個孔注漿2～3次。

注漿材料及配比：為提高注漿抗壓強度，增加漿液的結(jié)石率，水泥選用新鮮的Po42.5普通硅酸水泥或XPM型納米灌注劑；為減少漿液的流失，增加抗壓效果，在出現(xiàn)跑漿時使用水泥或XPM型納米灌注劑-水玻璃雙液漿封堵。水玻璃選用3.0～3.2模數(shù)，波美度40～45。主要以單液為主，雙漿為輔，準(zhǔn)備鋸末等注漿骨料的在空隙較大時使用。水灰比：1：0.6；水泥漿或 XPM 型納米灌注劑和水玻璃比：1：0.8、1：0.5,可以根據(jù)施工情況進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整配比。預(yù)注漿鉆孔施工鉆孔預(yù)注漿形成的保護(hù)帶范圍見圖3：

圖3 預(yù)注漿保護(hù)帶示意圖

3.2 巷道掘進(jìn)與支護(hù)

掘進(jìn)過程中采用“U”型鋼拱架加固，快速掘進(jìn)，為減少裝藥量等措施防止爆破造成圍巖的破壞，隊組掘進(jìn)過程中需縮小循環(huán)進(jìn)度、增加炮眼布置。斷層兩側(cè)支護(hù)距離需根據(jù)導(dǎo)水?dāng)鄬臃栏羲畮r柱留設(shè)情況計算斷層處支護(hù)寬度，如式（1）[6]。

式中：L為支護(hù)段留設(shè)寬度，m；K為安全系數(shù)，取5；M為巷高，取 4.75m；P 為水頭壓力，取 1.9MP；Kp為砂質(zhì)泥巖的抗拉強度，取2.26MPa。

帶入值后計算得支護(hù)寬度L為19m，L取20m。故要求斷層前后至少20m范圍內(nèi)采用“U”型鋼拱架加固進(jìn)行支護(hù)。

施工過程中需留設(shè)預(yù)埋件：預(yù)埋件為5吋管，長度為0.5m，共埋設(shè)17組，組間距為5m，每組9個預(yù)埋件，如圖4所示。

圖4 預(yù)埋件布置示意圖

3.3 巷道施工過程中的二次注漿

施工過程中如發(fā)現(xiàn)圍巖或頂?shù)装逵袧B水現(xiàn)象，需及時停掘，施工注漿孔，對巷道進(jìn)行二次注漿，及時封堵涌水通道；如施工過程中無出水，巷道快速掘進(jìn)過土地溝斷層破碎帶后20m后，停止掘進(jìn)，對土地溝斷層破碎帶及前后20m范圍進(jìn)行砌碹，并對該段進(jìn)行壁后注漿。

3.4 現(xiàn)場應(yīng)用

經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用，實測巷道最大涌水量為1888m3/d，即79m3/h?，F(xiàn)場南翼8#煤膠帶巷出水排至南翼8#煤水倉，經(jīng)水倉排水泵排至南二軌道巷后自流至中央水倉。目前南翼8#煤水倉處配備三臺110kW水泵，同時開啟其中兩臺的排水能力大于最大涌水量2倍（158m3/h），排水能力符合要求。實踐證明該方法實用有效，未出現(xiàn)巷道突水災(zāi)害現(xiàn)象。

4 結(jié) 論

1）運用多種方法詳細(xì)分析了土地溝斷層的水文地質(zhì)情況，綜合判斷可知其破碎帶發(fā)生出水的可能性較小。但由于該段巷道與奧灰間距較近，且為構(gòu)造破壞帶，為防止斷層滯后出水，必須制定巷道過土地溝斷層防治水方案。

2）提出了“超前預(yù)注漿＋‘U’型鋼拱架＋二次注漿”的巷道過斷層破碎帶綜合防治水措施并在屯蘭礦南翼8#煤膠帶巷得到了良好應(yīng)用。

3）在工程實踐中，應(yīng)當(dāng)注重對斷層帶的水文地質(zhì)調(diào)查，并在此基礎(chǔ)上，提出適合礦井自身條件的防治水措施。