大巷顶板堵水加固试验研究

蒋 冬 生

（霍州煤电集团吕临能化公司庞庞塔煤矿，山西 霍州 031400）

巷道在掘进期间遇到地质构造，或者受动压影响发生变形时，顶板产生离层、裂隙，如果上覆岩层中存在含水层，裂隙有可能导通含水层，使巷道顶板发生涌水、淋水、滴水、渗水现象。顶板水影响巷道行人、运输，并且会导致顶板裂隙增大，锚杆索锈蚀，亲水岩石膨胀，造成严重的安全隐患。顶板水患在全国矿井普遍存在，本文以赵庄二号井西轨大巷顶板淋水区为试验对象，研究堵水加固技术。

1 工程概况

山西省赵庄二号井西轨大巷为矿井主要运输大巷，全长2500m，其中里程1300m～1400m 之间100m范围掘进时揭露兴旺庄南正断层，顶板破碎。巷道为全岩巷，老顶为K8 砂质泥岩，厚度7m，均匀层理，为含水层，直接顶为粉砂岩，厚度2m，均匀层理。水文资料显示，掘进时顶板涌水来源主要是老顶K8 砂质泥岩，预计正常涌水量0～10m3/h；最大涌水量60m3/h。

巷道断面为拱形断面，净宽4.8m，净高4.2m，全断面喷浆，锚杆支护，拱部锚索补强。拱锚杆和帮锚杆型号φ22-M24-2400，锚索型号MSS-1-22-14500，如图1 所示。

图1 西轨大巷里程1300m～1400m 支护示意图

西轨大巷里程1300～1400m 范围掘进后，受构造影响该区域顶板发生离层、下沉，喷浆层剥落，顶板出现淋水现象，对巷道使用产生不利影响。因此，有必要该区域的巷道顶板进行堵水加固，提高顶板稳定性。

2 出水地点统计及水源高度分析

2.1 出水地点统计

作为后期对比，加固前首先对出水地点进行统计，共8 处淋水，见表1 所示。

表1 西轨大巷1300m～1400m 出水地点统计

2.2 水源高度分析

为掌握顶板裂隙发育程度和水源高度，在各出水点附近施工顶板钻孔进行钻孔窥视.

1）钻孔施工要求：垂直于顶板，孔径φ75mm，孔深11m，共布置8 个。

2）窥视仪器：采用武汉固德科技有限公司的GD3Q-GM 孔内电视系统，包括主机、探头、绕线架、连接杆、深度传感器等。

3）部分窥视结果见图2 所示。可以看出，绝大多数离层发生在9m 以下，窥视中发现有水流出，且越向下离层数量和宽度越大；9m 以上非常完整，未见流水，裂隙水来源高度在9m 以下。

图2 西轨大巷里程1300m～1400m 顶板窥视部分结果

3 堵水加固方案设计

3.1 顶板堵水原则

1）钻孔深度：顶板9m 以下裂隙发育，为顶板水流出通道，钻孔深度应超过9m，对裂隙进行整体封堵；

2）堵水范围：统计共8 个出水点，但不能只对出水点位置进行封堵，顶板裂隙贯通，出水点封堵后，水还会从周围裂隙中继续流出， 应对里程1300m～1400m 整个100m 范围顶板和两帮进行封堵；

3）堵水方式：堵水并非一次性工程，一次封堵能短期内起到隔绝作用，水侵蚀、渗透作用强，12～24 个月后可能会再次发生渗水，堵水应为周期性工程，根据现场情况进行周期封堵。

3.2 堵水钻孔设计

顶板钻孔：钻孔排距3m，每排3 个，中间钻孔开孔位置在巷道正中，垂直于顶板，两侧钻孔开孔位置距离中间钻孔1.6m，钻孔方向垂直于巷道走向，仰角75°，孔深均为10m，孔径Φ75mm。

两帮钻孔：布置上、下两排钻孔，“三花”布置，下排孔距离底板1.5m，垂直于煤帮；上排孔距离底板2.5m，仰角10°，两排钻孔间距均为6m，设计孔深6m，孔径Φ75mm。

图3 注浆钻孔布置示意图

3.3 堵水加固材料

使用河南理工大学研发的堵水加固材料，分为A型和B 型，使用水灰比0.6～0.8：1。性能主要表现为快凝、早强、高渗透性，凝结时间可调。具体如下：

1）两种浆液在混合前，6h 内浆液不凝固、不泌水、不沉淀；

2） 两种浆液混合后，0.5～1.5min 失去流动性，5～8min 完全固化；

3）30min 单轴抗压强度8MPa，1d 强度22MPa；

4）混合浆液粘度大，在静水中呈絮状，分散极少；

5）在0.5～2：1 水灰比下浆体结石率可达100%，可以适应流水冲击下浆液变稀，仍可良好凝结。

3.4 堵水方式

水灰比先低后高，堵水由“点”到“面”。封孔后开始注浆，初始以0.6：1 水灰比配制浆液，使其进入钻孔，快速凝固封堵裂隙，阻隔流水，起到对“点”大股水封堵的目的；当顶板淋水明显减小或者停止淋水时，适当增大水灰比至0.8：1，延长浆液流动性时间，使其能更好扩散，增大扩散半径，起到对出水点附近“面”的封堵目的。各个注浆钻孔浆液扩散范围相互交叉覆盖，从而对整个顶板淋水区域进行封堵加固。

4 堵水加固效果考察

工程量：共施工100m 范围，钻孔排距3m，共34排钻孔，根据巷道高度变化，每排5～7 个钻孔。合计施工178 个钻孔，帮钻孔深度6m，顶钻孔深度10m，累计钻孔进尺1476m，孔径φ75mm。注浆材料使用量62.75t，平均单孔注浆量0.35t，最大单孔注浆量1.5吨，平均每米注浆量0.63t，平均注浆压力8MPa。

图4 堵水注浆后顶板窥视截图

效果考察：堵水加固后，整个加固范围淋水全部封堵，顶板钻孔窥视表明，裂隙被浆液填充量好，未发现未被充填的裂隙，如图4 所示；同时在巷道内进行顶板离层和表面位移观测站，经过6 个月观测，顶板没有发生新的离层，两帮变形量7mm，顶板下沉量量8mm，考虑测量误差的影响，变形速度几乎为零；经过6 个月的观察，顶板未发现淋水反复。

5 结 论

1）大巷顶板淋水影响行人、运输，导致顶板裂隙增大，锚杆索锈蚀，造成严重的安全隐患；

2）注浆前钻孔窥视结果表明，裂隙水来源高度在9m 以下；

3）进行了堵水钻孔设计和堵水材料介绍，堵水材料具有快凝、早强，水中不易分散，水灰比适应范围广等性能，满足流水环境下堵水加固需要；

4）效果考察表明，浆液对裂隙充填效果良好，6个月观测期内，顶板无明显下沉，未发现淋水反复。