新三礦162601工作面超前注漿加固技術研究與應用

叢龍峰

【摘 要】高應力破碎頂板綜采工作面頂板難以控制，片幫漏頂嚴重制約正常生產。生產過程中除了應用防片幫漏頂的傳統方法外，為提高煤層整體穩定，確定煤層注漿的技術方案，并針對現場實踐中遇到的問題，提出短壁注化學漿的方法，可使煤層形成較硬的膠結層，煤層頂板穩定性顯著提高。

【Abstract】It is hard to control the roof of fully mechanized coal mining face with high stress broken roof， the collapse of coal wall and roof leakage severely restricted the normal production. In the process of production， in addition to use the traditional methods to prevent the collapse of coal wall and roof leakage， in order to improve the overall stability of coal seam， the technical scheme of coal seam grouting is adopted. And in view of the problems encountered in the field practice， the method of short wall injection of chemical slurry is proposed， which can make the coal seam form a hard cementation layer， and the roof stability of the coal seam is significantly improved.

【關鍵詞】短壁注漿；頂板控制；破碎頂板采煤工作面

【Keywords】short wall grouting； roof control； broken roof coal mining face

【中圖分類號】TD263.3 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）02-0183-02

1 引言

新三礦162601工作面為綜采工作面，工作面煤層為單斜煤層，煤層走向NW55°，傾向NE，傾角7～15°，平均為11°，煤層厚度2.8～4.5m，平均4.2m。工作面采煤方法為傾斜長壁輕型綜采放頂煤后退式方法。工作面地質構造較為復雜，掘進時揭露8條斷層。目前揭露兩條正交斷層，受斷層影響，工作面第34臺～43臺支架煤壁及頂板較破碎，出現片幫，尤其在35～38臺支架處由于空頂時間較長而發生冒頂，冒高約4～5m，致使綜采工作面推進較為緩慢，嚴重影響到綜采工作面回采生產與安全。為加快推進，早日推過該構造帶，需另采取有效的措施來防止煤層片幫空頂，使工作面安全順利推過該構造帶。

2 概述

根據現場觀察及以往其他礦的實際經驗，宜采用化學注漿加固的方式，對工作面斷層帶附近煤壁及破碎頂板進行超前注漿加固，使其凝結成為一個整體，提高煤壁及頂板的黏結強度，減少煤壁片幫范圍及深度，控制頂板垮落，確保工作面安全生產。在2601工作面推采過程中除實施以上技術措施外，重點對煤層注漿進行了實驗研究。合理的煤層注漿可增加煤體顆粒之間的黏聚力，降低煤的脆性，增加煤壁及頂板的整體性延緩煤壁的片幫漏頂，給工作面一定的拉架時間，有效的控制煤壁及梁端頂板的片幫冒落，形成不易脫落的再生頂板。

2.1 方案設計

針對本次工作面的特殊情況，設計在工作面構造變化處從煤壁面布置注漿孔，對工作面受構造破壞的煤壁及偽頂頂板進行注漿加固。注漿時以割煤循環為單位，根據工作面推進速度確定注漿段長度適當進行注漿，保證工作面正常推進。

2.2 注漿材料選擇及性能指標

注漿加固從注漿材料來看分為無機和有機（即化學）兩種。無機材料以水泥或水泥-水玻璃雙液為主，該類漿液為顆粒型，而且凝固時間不宜調節，跑漏嚴重，漿液在凝固過程中離析析水，凝固體強度上升慢且脆性大，主要用于裂隙較大，無動壓影響且變形量較小，自身強度較高的圍巖注漿，對于冒頂處理無能為力。而化學漿液為溶液型，可以滲透到細小的裂隙和孔隙內，漿液反應速度快而且反應時間可調，凝固體有較高的彈性，強度上升快，在幾分鐘內可達到最終強度的90%以上。

根據回采工作面冒頂治理的使用特性，煤巖體極為松軟破碎，且穩定性差，煤壁及頂板承受動壓影響等因素要求注漿材料應具有凝固速度快、固結體強度上升快、材料應有較好的韌性等特性。因此選用波雷因注漿材料。

波雷因注漿材料由A、B兩種組分組成。當A、B兩種組分以相同的體積充分混合后，能形成較高強度并具有較好韌性的固結體。該漿液具有較高的粘合力和較好的機械性能，與煤、巖層有較好的親和力，固結體的柔韌性能承受一定的地層變形。材料注入破碎煤體、巖石后，低黏度混合物保持幾秒鐘，迅速進行一系列的復雜化學反應，與煤巖體形成具有一定強度的固結體，從而起到加固煤壁及頂板的作用。其性能指標如下：

波雷因性能指標：

波雷因漿液A、B兩種料以1∶1的比例注入煤巖體裂隙中，以孔口管為中心，向四周滲透和擴散，充填破碎、松散的煤巖體裂隙，并且在材料自身二次發泡、膨脹的推動下，滲透到圍巖的深部微細裂隙內，漿材膠凝后將松散、破碎的煤巖體膠結在一起，起到擠壓充填、粘接補強且具有一定塑性變形能力的作用。

2.3 注漿鉆孔布置

注漿孔開孔位于頂板以下2.0m，孔間距2.5m，孔深6m。鉆孔垂直工作面方向上仰20～23°，以終孔進入頂板1m為準，每一循環鉆孔布置要與前一循環成交叉五花布置。endprint

2.4 注漿參數

①注漿終壓

根據圍巖條件與類似工程經驗，確定6m注漿孔注漿終壓為：3～5MPa。

②注漿擴散半徑 R=（γgha/2s+a）β

式中：γ為水的容重，g為重力加速度，s為漿液剪切強度，

h為注漿壓力，a為巖層的間隙等值半徑，β為時間系數

實際施工時通過調整漿液的膠凝速度、滲透性和注漿終壓，保證實際有效擴散半徑不小于1.5m 。

③ 單孔吃漿量 Q=AπR2 L n B

式中： A為損耗系數，R為有效擴散半徑，L為注漿段長，

n為開口孔隙率，B為漿液充填系數

預定每孔注漿量為300～350kg。如果單孔注漿量達到了設計數量而未達到設計終壓時，停止注漿，以設計量為準。

2.5 打眼和注漿設備

注漿泵和淺眼幫錨桿機采用壓風作動力，用φ25mm高壓膠管將壓風接至注漿或打眼地點，前端加裝φ25mm高壓球閥。

打眼設備：工作面煤壁及頂板采用風動錨桿機鉆眼，配φ28mm和φ32mm相應規格的鉆頭。

注漿設備：采用ZBQ-5/12型風動雙液注漿泵，技術參數如下。

2.6 注漿施工工藝

標孔→鉆孔→檢查鉆孔質量→安裝注漿管及封孔部件→封孔→準備漿液→開泵注漿→凝固→檢查注漿質量→驗收。

注漿量：工作面注漿量按循環計算。每循環預計需打孔5個（按注漿范圍為12.5m），用量為1.75噸。預計走完構造段（約75m）需25個循環，預計總注漿用量43.75噸。

3 效果分析

通過使用局部短壁注漿的方法，且注漿孔1.5m范圍內能形成較硬的黏結層，煤機割煤后煤壁基本不片幫漏頂，壓縮了維護頂板的時間，減少了人員維護頂板的材料費用支出，采煤機開機率由原來的18%提高到52%，經濟效益和安全效益顯著。

4 結論

工作面注漿技術具有成本低、操作簡單節省材料，工人勞動強度低，黏結效果良好等特點。該技術的應用，使工作面局部頂板破碎地點頂板得到了有效控制，保證了安全生產，該工藝可使煤體有效凝結，防止煤壁片幫漏頂，大幅度提高工作面推進速度，大大降低被頂材料損耗，改善工人工作量，在三軟煤層、破碎頂板采煤工作面有很好的推廣應用價值。endprint