煤矿井下过导水断层关键技术要点分析

我国煤炭资源开采深度逐年增加，华北、华东等主要产煤区普遍发育隐伏导水断层，其富水性强、补给来源复杂的特点使得巷道穿越过程面临严峻挑战。近十年矿井水害事故统计表明，断层突水占比超过 60% ，且随采深增加呈上升趋势。尽管现有技术如瞬变电磁法、钻孔电视成像已应用于超前探测，注浆材料从单液浆发展到复合化学浆，但在断层破碎带岩体非均质性、水力劈裂效应抑制、强扰动围岩长期稳定性控制等方面仍存在显著缺陷。尤其当断层与奥陶系灰岩含水层沟通时，常规注浆工艺难以阻断高压动水通道，支护结构易受水力冲刷失效。因此，亟需突破地质模型动态修正、多尺度注浆靶向调控、支护-围岩协同承载等关键技术瓶颈，形成适应高水压、大流量条件的过断层技术标准体系。

一、煤矿井下过导水断层关键技术的应用现状

（一）超前探测技术组合应用现状

当前煤矿井下过导水断层作业中普遍采用物探与钻探相结合的综合超前探测模式，其中瞬变电磁法、地质雷达等物探手段主要用于大范围初步圈定富水异常区，而随后的定向钻孔验证则承担着精确判别断层位置、产状及导水性的核心任务，然而受限于井下复杂电磁干扰环境与钻探设备精度，断层破碎带内部裂隙网络的空间展布特征及水力连通性判识仍存在较大不确定性，尤其当断层与多含水层存在水力联系时，超前探测成果的可靠性往往难以满足精细化施工需求，导致后续防治措施设计存在潜在偏差[1]。

（二）注浆封堵技术实施现状

注浆工艺作为阻断导水通道的核心手段，现阶段主要依赖水泥基单液浆与化学复合浆液两类材料体系，通过分段下行式或上行式注浆工艺对断层破碎带实施渗透加固与裂隙封堵，但在实际应用中常面临浆液扩散范围不可控、高压动水条件下浆液留存率低、破碎岩体吃浆量差异显著等技术瓶颈，特别是针对奥陶系灰岩高压含水层补给型断层，常规注浆参数设计难以有效抑制水力劈裂效应，浆脉骨架的完整性与耐久性常因持续水流冲刷而衰减，迫使现场不得不采取反复补注浆的被动策略。

（三）围岩控制技术应用现状

巷道穿越断层带期间的围岩稳定性控制主要依托锚网索喷联合支护与U 型钢可缩支架两类体系，支护结构设计通常基于工程类比法或简化力学模型，但在高应力-强渗流耦合作用下，支护体与破碎围岩的协同变形机制尚未得到充分量化，导致超前管棚支护密度不足或锚固深度未穿透松动圈的情况时有发生，加之富水软岩的持续劣化效应，支护结构后期易出现锚杆锈蚀断裂、混凝土喷层剥落等渐进式失效现象，难以保障巷道服务周期内的长期稳定。

（四）动态监测技术应用现状

过断层施工期间的监测体系以围岩收敛观测、钻孔水位压力监测及微震监测为主，旨在实时反馈围岩变形趋势与水文动态变化，然而现有监测点布设多集中于巷道浅表层，对深部岩体渗流路径演化与隐伏突水前兆信息的捕捉能力明显不足，各类监测数据的融合分析仍处于经验判断阶段，缺乏基于多源信息耦合的突水风险动态预警模型，致使异常工况响应存在滞后性，无法为注浆参数调整与支护补强提供及时有效的决策支持。

二、煤矿井下过导水断层关键技术的应用要点

（一）地质条件精细化动态判识要点

准确过导水断层的首要环节在于构建实时更新的地质模型，需综合运用三维地震精细解释、孔间电阻率 CT 扫描及井下随钻测量技术进行多尺度数据融合，特别注重破碎带宽度、主次裂隙产状以及含水层补给边界的精准刻画，同时依据钻进过程中的岩屑成分、冲洗液消耗量变化进行即时地质反馈，动态修正断层富水性强弱分区图，确保超前治理方案设计具备充分的地质依据支撑，避免因地质认识偏差导致防治措施针对性不足的情况发生。

（二）靶向分级注浆工艺实施要点

针对不同导水特性的断层区段需采取差异化的注浆策略，对于集中导水通道优先采用稠化水泥浆配合间歇加压注浆法形成骨干阻水幕墙，而针对弥散型裂隙网络则宜选用低粘度化学浆液实施渗透加固，注浆过程应依据钻孔成像确定的优势导水方向进行定向分流控制，注浆压力设定严格遵循分阶段梯度提升原则以克服高压动水顶托效应，同时基于光纤传感监测浆液扩散轨迹适时调整凝胶时间与注浆速率，实现浆脉空间展布与导水路径的高效匹配。

（三）强渗流扰动围岩协同支护要点

富水断层带围岩控制的关键在于构建支护体系与渗流场的动态适应机制，超前支护阶段宜采用高强中空注浆锚索对破碎岩体实施主动约束与内部充填，主体巷道掘进后立即跟进高密度的 U36 型可缩性支架配合双层钢筋网喷射混凝土形成复合拱壳，锚索锚固端需确保穿透松动圈进入稳定岩层至少两米以上，支架壁后间隙采用早强塑性材料全断面充填密实以均匀传递围岩压力，所有金属构件表面必须实施多元合金共渗防腐处理以抵抗地下水化学侵蚀。

（四）多源信息融合动态预警要点

构建全周期的风险监控体系需整合水文动态监测、围岩变形响应及工程扰动效应三类核心参数，在巷道顶底板及两帮布设分布式光纤传感器实时捕捉温度场与应变场异常信号，垂直于断层走向的系列验证钻孔内安装耐高压水文监测仪持续追踪水位、水温与水化学指标的突变趋势，所有监测数据通过工业环网实时接入智能预警平台进行多参量耦合分析，依托岩体渗流-损伤耦合模型自动生成突涌水风险等级与防控措施调整建议，形成超前治理措施动态优化的闭环决策链条。该预警平台通过边缘计算节点对原始数据进行预处理压缩传输带宽压力，结合历史突水案例库训练形成的深度学习算法可识别微小时空尺度的渗流异常模式，当监测参数超越预设阈值时自动触发三级响应机制，初级预警启动工作面声光报警并上传简易处置方案，中级预警联动注浆泵站调节系统进行注浆参数预调整，高级预警则直接触发紧急撤人指令并同步推送断层治理效果动态评估报告至移动终端，形成从风险感知到工程干预的无缝衔接，同时平台内置的自学习模块会持续优化预警模型参数以提升后续预测精度[2]。

总结

综上所述，当前煤矿井下过导水断层技术体系通过地质动态判识、靶向注浆、围岩协同支护及多源信息预警等环节的持续优化，已初步形成兼顾超前防控与动态调控的综合性解决方案，显著提升了高水压、大流量导水断层穿越的工程可控性。未来研究需着力突破三维地质力学-水文动态耦合模型的高精度反演技术，开发适应极端工况的纳米自修复注浆材料及其智能压注装备，建立基于数字孪生的支护-渗流协同调控机制，同时深度耦合物联网与人工智能技术构建具备自主决策能力的突水风险防控平台，最终形成可推广的深部复杂水文地质条件下断层安全穿越技术标准体系，为我国深部煤炭资源的安全高效开发提供核心技术支撑。

参考文献

[1]张慧瑾. 煤矿井下导水断层注浆堵水改造研究[J]. 当代化工研究,2021, (06): 65-66.

[2]王克军, 石开进. 煤矿井下过导水断层关键技术研究[J]. 山东煤炭科技, 2020, (08): 140-143.