巷道掘进过导水断层防治水技术研究_曹宽坚.pdf

2-2A-A 剖面图2-3B-B 剖面图图 2钻孔布置示意图巷道掘进过导水断层防治水技术研究曹宽坚（山西焦煤汾西矿业贾郭煤矿，山西沁源046500）摘要：2503 运输巷掘进需通过 DF21、DF22 等导水断层，在断层影响下存在围岩破碎、承载能力不足。为提高巷道掘进效率并提高安全保障能力，提出使用帷幕注浆方式对断层导水裂隙进行封堵并加固破碎煤岩体，依据现场条件对帷幕注浆加固方案进行设计。工程应用后，巷道掘进过导水断层期间未出现淋水、围岩变形大等问题，取得较好防治水效果。关键词：巷道掘进导水断层围岩加固帷幕注浆防治水技术中图分类号：TD745文献标识码：A文章编号：1004-7050（2022）09-0089-02引言水害是煤矿采掘作业中主要安全风险，根据有关统计资料显示，矿井生产过程中出现突水多与导致地质构造相关1-2。其中断层、陷落柱等由于内部裂隙发育、破碎，若含水层连通，往往是较好的导水通道，特别是采掘作业面无计划揭露导致地质构造时，往往面临较大的安全风险3-6。注浆加固、封堵等或者疏排等措施是防治水工作开展的主要技术方法7-8。以山西某矿 2503 运输巷掘进过导水断层为工程实例，提出采用帷幕注浆方式对导水裂隙进行封堵，为巷道安全掘进创造良好条件。1工程概况山西某矿现阶段生产主要集中在 2#煤层，煤层埋深 420 m、厚度 5.8 m，全区可采，赋存稳定。2503 运输巷沿 2#煤底板掘进，围岩用锚网索支护，在正常地质条件下掘进、支护时，围岩始终保持稳定，顶板及煤壁等未出现渗水情况。在巷道与 DF21 断层相距 30 m时，施工的超前探测钻孔出现涌水情况，同时顶板出现渗水，但是渗水量较低，为确保巷道围岩稳定在原有支护措施上增加架棚支护；在掘进距 DF21 断层10 m 时顶板渗水量及围岩变形量均有所增大。巷道与导水断层位置示意图，如图 1 所示。2#煤层水源为上覆粗粒砂岩裂隙含水层，煤层与含水层间的泥岩、粉砂岩隔水水隔水效果较好。2#煤层顶板裂隙水富水性中等，若采用疏排方式进行疏排，则面临疏排时间长、影响巷道掘进。为此，在布置疏排钻孔降低涌水量同时采用帷幕注浆方式对巷道影响范围内导水裂隙进行封堵，确保巷道掘进安全。2防治水技术依据 2503 运输巷与导水断层实际情况以及煤层上覆裂隙水富水情况，为降低涌水给巷道掘进影响并提高巷道掘进效率，提出采用帷幕注浆方式对巷道影响范围内导水裂隙进行封堵并加固断层破碎带内围岩强度，给巷道掘进创造良好条件并控制过断层期间围岩变形量9。2.1深孔帷幕注浆方案在 2503 运输巷掘进前方存在有 DF21、DF22 两个导水断层，断层水平间距为 40 m 左右，断层距离相对较近，通过一次注浆即可实现两个断层导水裂隙封堵以及破碎煤岩体加固。在 2503 运输巷掘进迎头后方 15 m、20 m 位置施工 2 个钻场，在钻场内施工注浆钻孔，实现巷道掘进轮廓线外 10 m 范围内破碎煤岩体得以注浆加固。通过施工钻孔可在巷道外形成 10 m 以上的注浆加固范围。钻孔注浆半径按照 2.5 m 设计，注浆压力为 3 MPa，具体钻孔布置，如图 2 所示。钻孔施工时先用 127 mm 钻头施工 2 m，在孔内收稿日期：2022-01-19作者简介：曹宽坚，男，1989 年出生，毕业于太原理工大学，本科，工程师，从事防治水相关工作。总第 205 期2022 年第 9 期山西化工Shanxi Chemical IndustryTotal 205No.9，2022DOI:10.16525/14-1109/tq.2022.09.036图 1巷道与导水断层位置示意图粗料砂岩含水层，厚 63.95 m泥岩、粉砂岩，厚 5.88 m二煤，厚 5.8 m2503 运输巷DF22DF215 0005 0005 0005 3205 3205 0005 0005 000D3D2D1D4D6D8D7D5R2 6202 0005 240R8 7106 1766 1766 1767 9407 9406 1766 1766 176D11D10D9D12D14D16D15D13R2 6202 0005 240R8 7102-1平面图DF22DF21BBD15D14D12D10D9D13AA迎头15 m2 号钻场1 号钻场迎头专题讨论山西化工第 42 卷装入 108mm、长 2070mm孔口管；后采用 89mm 钻头钻进至设计孔深，钻深 80 m；钻孔施工完成后，孔口管法兰盘与托盘采用螺栓连接，将 25 mm 高压管与快速接头连接，开启注浆泵进行注浆。具体注浆钻孔结构，如图 3 所示。2.2注浆封堵材料注浆封堵材料不仅影响注浆效率，而且对围岩注浆加固效果以及导水裂隙封堵效果等有显著影响。2503 运输巷在接近至断层附近时即开始出现渗水、围岩变形量大等问题，表明在导水断层影响范围内煤岩体内裂隙发育、承载能力较差，为此在巷道注浆时综合使用裂隙封堵、围岩加固两种材料，先采用水泥-水玻璃浆封堵导水裂隙后采用封堵纳米材料提高破碎煤岩体强度以及承载能力。通过两种注浆材料综合应用，提高导水断层裂隙封堵能力以及破碎煤岩体强度。具体选用的注浆材料优缺点对比情况，如表 1 所示。钻孔注浆量直接导水裂隙封堵效果以及围岩加固效果，具体单孔注浆量可通过公式（1）计算：Q=R2Ln.（1）式中：R 注浆钻孔有效扩散半径，m；L 注浆长度，m；n注浆加固范围内煤岩体孔隙率，%；浆液在裂隙中扩展系数，无量纲；注浆浆液消耗系数，无量纲。根据现场实际条件，取 R=2.5 m、L=80 m、n=4%、=0.9、=1.1，计算求得 Q=62.2 m3。3防治水效果分析在 2503 运输巷掘进过 DF21、DF22 导水断层期间，采用深孔帷幕注浆方式对巷道掘进轮廓线外 10 m范围内封堵导水裂隙并加固煤岩体强度，配合前期采用的疏排水钻孔，可有效降低巷道掘进过导水断层期间涌出量以及围岩变形量。采用深孔帷幕注浆后，巷道过断层期间涌水量控制在 3.0 m3/h 以内，涌水基本不会给巷道掘进以及围岩支护带来制约；同时采用表面喷浆后涌水基本消除。过断层期间综合采用架棚、锚网索以及表面喷浆方式，巷道顶底板、两帮最大变形量分别控制在 45mm、32 mm 以内，变形量整体较小。4结语2503 运输巷掘进前方存在有 DF21、DF22 导水断层，上述 2 个断层与煤层上覆砂岩含水层连通，具有一定导水性。若采用超前疏排方式进行疏排，虽然可实现巷道安全掘进，但是存在疏排时间长、制约巷道掘进效率。为此，提出综合使用超前疏排+帷幕注浆方式进行防治水。在距离导水断层一定距离，施工超前疏排钻孔对断层水进行疏排，降低水头压力以及含水量；采用帷幕注浆方式对巷道掘进轮廓线外 10 m 范围封堵导水裂隙并对破碎煤岩体进行加固。依据现场条件对注浆钻孔布置方案以及注浆材料等进行确定。通过帷幕注浆加固后，巷道掘进至断层影响范围内涌水量控制在 3.0 m3/h 以内；同时采用锚网索、架棚、表层喷浆围岩支护措施后，巷道顶板基本不出现淋水情况，顶底板、两帮最大变形量分别控制在45 mm、32 mm 以内，变形量整体较小，表明现场采用的防治水技术取得较高的效果，可确保巷道掘进安全并控制围岩变形。参考文献1张家贵.断层破碎带注浆加固防治水技术应用J.山西化工，2021，41（6）：176-178.2陈和平，朱健伟，郭爱江.帷幕注浆技术在巷道过断层中的应用J.能源科技，2021，19（5）：21-25.3张宝锋.厚煤层开采导水断层超前治理技术及应用J.陕西煤炭，2021，40（Supple1）：94-97.4张旺余，唐洪，袁西亚.特厚煤层综放工作面向斜轴部过断层防治水技术J.陕西煤炭，2021，40（S1）：102-105.5邓涛.岩巷掘进过断层突水危险预测及综合防治水技术分析J.科学技术创新，2021（24）：132-133.6刘杨.巷道过断层水害防治及围岩加固技术研究D.徐州：中国矿业大学，2021.7许向东.掘进工作面过断层运输与回风巷道支护及效果分析J.科技和产业，2021，21（4）：310-313.8胡建广.综合防治水技术在掘进巷道过断层破碎带中的应用J.山西能源学院学报，2021，34（1）：1-2.9高连荣.巷道掘进过导水断层水害防治技术研究J.中国矿山工程，2020，49（2）：21-23.图 3钻孔结构图焊接在一级套管上的108 mm 的法兰盘一级套管在孔口处缠麻线一级套管与孔壁用水泥固结108 mm25 mm 高压管托盘2 070 mm80 m89表 1材料性能对比表注浆材料优点缺点水泥-水玻璃双液浆凝固速度快凝固后强度低封堵纳米材料黏结能力强、强度高凝结速度慢（英文摘要下转第 95 页）902022 年第 9 期Study on Water Prevention and Control Technology of Roadway Tunneling Through WaterConducting FaultCao Kuanjian（Shanxi Coking Coal Fenxi Mining Industry Jiaguo Coal Mine,Qinyuan Shanxi 046500）Abstract:The driving of 2503 transport roadway needs to pass through DF21,DF22 and other water conducting faults.Under the influenceof the faults,the surrounding rock is broken and the bearing capacity is insufficient.In order to improve the efficiency of roadwayexcavation and improve the safety assurance capability,it is proposed to use curtain grouting method to seal the fault water conductingfissure and reinforce the broken coal and rock mass,and the curtain grouting reinforcement scheme is designed according to the siteconditions.After the application of the project,no problems such as water sprinkling and large deformation of surrounding rock occurduring the tunneling through the water conducting fault,and good water control effect has been achieved.Key words:roadway excavation;water conducting fault;surrounding rock reinforcement;curtain grouting;water prevention technology（上接第 90 页）Study on Long Distance Liquid Supply Technology in Fully Mechanized Mining FaceChang Yu（Fenxi Mining Industry Group Gaoyang Coal Mine,Xiaoyi Shanxi 032300）Abstract:In order to improve the liquid supply efficiency of the fully mechanized mining face and solve the problems of heavy train load,difficult movement of equipment and large space occupied by emulsion pump and spray pump existing in the traditional short distanceliquid supply,it is proposed to apply the long distance liquid supply technology to the liquid supply of the mining face.According to theactual situation on site,the emulsion pump and spray pump will be moved to the connection roadway of the mining face transportationroadway,and the emulsion,spray and cooling water will be provided to the mining face through the high-pressure transmission pipe.Theequipment and pipeline layout of the long-distance liquid supply system will be designed according to the actual situation on site.Afterfield application,the long-distance liquid supply system runs smoothly and can meet the pressure and flow requirements of the 3206 fullymechanized mining equipment such as emulsion,cooling water and spray water.By using the long-distance liquid supply system,theweight and length of the mining equipment train can be significantly reduced,and the labor intensity of operators can be reduced.Key words:fully mechanized mining face;long distance liquid supply;equipment train;fully mechanized mining equipment;liquid supplypipeline（上接第 92 页）Study on Water Prevention and Control Technology in Fold and Fault Affected Area of FullyMechanized Top Coal Caving faceGao Hao（Liuwan Coal Mine of Shanxi Fenxi Mining Industry(Group)Co.,Ltd.,Xiaoyi Shanxi 032303）Abstract:X1 syncline and DF29 fault are developed within the mining range of 401101 fully mechanized top coal caving face.The coalseam elevation in the syncline and fault overlapping influence area is low and the fractures are developed,which has certain constraints onthe safe mining of coal.In view of the geological conditions of the mining face and the water rich and conductive characteristics of DF29fault,it is proposed to prevent and control water by means of advanced drainage,grouting plugging and limited height mining,so as toreduce the water inflow and mining disturbance within the influence range of the fault;By improving the drainage system of the mining faceand increasing the drainage volume,the problem of low floor elevation and easy water accumulation of the coal seam within the influencerange of the fold can be solved.After field application,the roof water spray is small and the roof and support of the mining face are alwaysstable when the mining face is in the area affected by folds and faults,and good application results are achieved.Key words:fully mechanized top coal caving;geological structure;prevention and control of water;water conducting fissure;groutingplugging3李岁宁，伍增强，薛志强，等.特厚综放工作面过断层防治水技术体系实践J.陕西煤炭，2021，40（1）：35-40.4王胜.大水矿井综放工作面波浪式开采及综合防治水技术研究D.青岛：山东科技大学，2020.5高虎.彬长矿区极其复杂地质条件综放工作面防治水研究与实践J.中国煤炭工业，2019（10）：62-63.6王冠，崔宏磊，黄美涛.黄陇侏罗纪煤田特厚煤层综放开采顶板水害防治技术J.煤矿安全，2018，49（5）：95-98.7曹培喜.9101 综放面采前防治水安全性评价D.合肥：安徽建筑大学，2016.8王革良，李金海，解运锋，等.综放工作面带压开采的可行性分析与实践J.煤矿安全，2016，47（3）：131-135.高浩：综放工作面过褶曲及断层影响区防治水技术研究95