綜放工作面陷落柱圍巖穩(wěn)定性研究

馮晉宏（山西東莊煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000）

綜放工作面陷落柱圍巖穩(wěn)定性研究

馮晉宏
（山西東莊煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000）

綜放工作面陷落柱圍巖穩(wěn)定性是常見問題，針對注漿過程中的問題，提出該范圍內(nèi)的注漿方案及相關(guān)參數(shù)，為今后類似條件下陷落柱圍巖穩(wěn)定性研究提供了依據(jù)。

陷落柱；注漿方案；施工工藝

由于煤礦井下的特殊地質(zhì)條件，每個(gè)工作面都會遇到陷落柱和斷層。工作面煤層厚度不穩(wěn)定，成雞窩煤狀賦存，回采期間受原始沉積變化及小構(gòu)造、斷層影響，工作面頂板完整性差，且受淋水及推進(jìn)緩慢等多方面影響，導(dǎo)致頂板受壓破碎。工作面在采用超前移架、帶壓拉架、人工擴(kuò)棚推進(jìn)、施工木錨桿等多項(xiàng)防止冒頂、片幫措施后仍然效果不明顯。

因此，為保證在陷落柱區(qū)域安全回采，防止出現(xiàn)陷落柱區(qū)域的頂板事故，故采取預(yù)注水泥漿和化學(xué)漿措施。通過預(yù)注水泥漿和化學(xué)漿，加強(qiáng)巷道圍巖強(qiáng)度，使之形成一個(gè)整體，確保滿足正常生產(chǎn)要求。

1　陷落柱段的加固方案

陷落柱段錨固加強(qiáng)方案為：頂板每1.8 m增加1排錨索，每排3根，在原有支護(hù)的基礎(chǔ)上形成排距0.9 m、每排2根、3根間隔布置的頂板錨索支護(hù)方式。錨索規(guī)格：22 mm×7 200 mm，預(yù)緊力100 kN~ 150 kN。兩幫中腰位置每1.8 m補(bǔ)打1排2根22 mm×5500mm錨索，錨索間距1 m，中腰對稱布置。預(yù)緊力100 kN。幫錨索可以打在錨桿鋼筋托梁上，也可以打在2排錨桿之間的位置。

全面檢查原有錨固支護(hù)狀況，若有失效的原頂、幫錨桿及錨索，則需在失效錨桿、錨索附近補(bǔ)打不低于原規(guī)格的新錨桿、錨索。

2　注漿加強(qiáng)維護(hù)方案

1）注漿加固范圍。考慮到陷落柱附近5 m之內(nèi)的煤體受陷落柱發(fā)育時(shí)的影響煤層疏軟，需要加固一段煤壁。因此本次加固長度為陷落柱17 m，再加上兩邊各5 m，一共27 m。

2）注漿加固方法。加固方法采用高壓注漿補(bǔ)強(qiáng)方案，高壓注漿的目的是充填陷落柱巖塊與巖塊之間的裂隙，同時(shí)使巖塊與巖塊之間的軟巖、泥巖變硬，提高整體抗壓能力，形成連續(xù)的結(jié)構(gòu)體。

3）注漿加固材料。目前國內(nèi)外用注漿加固的材料種類很多，但從材料的性質(zhì)上主要分兩大類，顆粒型漿材和溶液型漿材。應(yīng)根據(jù)注漿的地質(zhì)、目的、漿材性質(zhì)及造價(jià)因素選擇漿材。

典型的顆粒型硅酸鹽水泥漿材，具有強(qiáng)度高，經(jīng)久耐用，材料來源廣闊，設(shè)備布置簡單，成本低廉，品種類型多樣化等特點(diǎn)，因此在煤礦注漿工程中得到廣泛應(yīng)用。但這種注漿液也存在一定的缺點(diǎn)：易離析沉淀，其顆粒度很大，穩(wěn)定性相對較差，因此使?jié){液難以注入巖層的細(xì)小裂縫中，凝結(jié)時(shí)間不易控制。使用于要求強(qiáng)度高、松散的破碎體加固。

化學(xué)漿液可注性好，能注入細(xì)小裂隙或孔隙中，但成本高同時(shí)化學(xué)漿液易污染等缺點(diǎn)。

本次注漿加固的目的是加固陷落柱，要求注漿結(jié)石體具有較高的強(qiáng)度，抗變性能力強(qiáng)。

4）注漿加固工藝。根據(jù)注漿材料的特點(diǎn)和本次注漿的地質(zhì)條件，注漿先采用水泥漿加固第一遍，然后用DF-2型化學(xué)漿加固第二遍，使整個(gè)陷落柱成為一個(gè)整體。

3　注漿施工工藝

3.1鉆孔布置

沿工作面方向在頂板破碎段支架前方煤壁上布置一排鉆孔。鉆孔開孔位置在支架前探梁下部0.3 m處，孔徑42 mm，仰角為20°，鉆孔間距為2 m，孔深6 m，鉆孔個(gè)數(shù)根據(jù)頂板破碎面積進(jìn)行布置。工作面鉆孔示意圖，見圖1。

3.2注漿設(shè)備及流程

1）注液泵原理。一般煤礦采用氣動雙液注液泵，用來壓縮空氣作為動力源，由于氣缸和注液缸有較大作用面積比，從而用較小的氣壓可以使注液缸產(chǎn)生較高壓力，將漿液輸送到充填地。

圖1　工作面鉆孔示意圖

2）施工工藝流程。一般施工先將材料設(shè)備以及施工現(xiàn)場準(zhǔn)備并布置妥善，進(jìn)一步檢查完善各個(gè)設(shè)備管線的連接情況，達(dá)到規(guī)定要求和標(biāo)準(zhǔn)方可注液，注液結(jié)束之后將管路進(jìn)行沖洗，關(guān)閉系統(tǒng)，最后清理現(xiàn)場。

4　施工效果

1）通過對綜采工作面頂板破碎段頂板及煤壁注漿，注漿液注入煤巖層以鉆孔為主干而形成樹枝狀分布，填充了煤巖層的裂隙，把破碎巖層固結(jié)使之成為完整的整體，加固了其穩(wěn)定性，效果明顯。

2）通過注漿加固技術(shù)，減輕了勞動強(qiáng)度，減少了材料消耗，提高了生產(chǎn)作業(yè)的安全。

3）通過對工作面進(jìn)行注漿加固，使得該工作面在產(chǎn)量、材料消耗有了顯著變化。注漿前冒頂高度和頻率分別為0.5 m~2 m和1~2次/班，注漿后未發(fā)生冒頂事故。

4）工作面頂板的注漿加固技術(shù)，不僅使工作面破碎頂板形成整體，減少冒頂事故發(fā)生，保障了回采安全生產(chǎn)，也為其它類似地質(zhì)條件下的工作面頂板控制提供了有益的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

5　結(jié)束語

綜采工作面受原始煤層沉積不穩(wěn)定及斷層、構(gòu)造等地質(zhì)條件影響，出現(xiàn)煤壁片幫、冒頂?shù)入y題，制約了工作面的正常推進(jìn)及威脅著職工生命安全，采用注漿加固材料及注漿技術(shù)對煤壁及頂板進(jìn)行超前注漿，可以及時(shí)改變圍巖松散的結(jié)構(gòu)，提高圍巖的整體性，控制了片幫和頂煤冒落的發(fā)生，保證工作面的正常推進(jìn)，保障了員工的生命安全。

（編輯：武曉平）

Stability of Surrounding Rock around Collapse Columns in Fully-mechanized Mining Face

FENG Jinhong
（Shanxi Dongzhuang Coal Co.，Ltd.，Changzhi 046000,China）

Instability of surrounding rock around collapse columns is one of problems of fully-mechanized mining face.Based on the problems in grouting process,grouting plans and corresponding parameters were proposed,which could be useful for the future stability research in the similar conditions.

collapse columns;grouting plans;construction technique

TD823

A

1672-5050（2016）02-0033-02

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.02.010

2015-12-24

馮晉宏（1966-），男，山西長治人，大學(xué)本科，助理工程師，從事煤礦開采工作。