工作面過地質構造帶注漿加固技術

◎文/杜振倫（淮北礦業<集團>有限責任公司）

許疃煤礦72314工作面位于83下采區，設計面長300m，里段切眼長170m，可采走向長度573m；外切眼長度300m，可采走向長度1055m，可采儲量210.5萬噸。工作面里段有張廟臺背斜、向斜、DFS40逆斷層（H=0～5m∠50°～55°）及NJF120逆斷層（H=0～5m∠50°～55°），工作面回采時斷層附近頂板破碎頂板管理難度大，同時該段受張廟臺背斜影響工作面仰采容易造成片幫掉頂現象。因此，為避免背斜及斷層對回采的影響[1-3]，深刻吸取72312工作面過背斜及斷層的經驗教訓，考慮提前對構造帶煤巖體進行注漿加固[4,5]。

一、工作面地質概況

72314工作面位于83下采區下山北翼第2階段，北至NFS24斷層與工業廣場保安煤柱，南至83下采區運輸行人聯巷，東鄰72316工作面(尚未準備)，西鄰72312工作面（已回采結束）。

該工作面為71與72煤層合并區，屬二迭系下統下石盒子組，煤厚3.98～5.99m，平均5.48m(局部其中含1層夾矸，夾矸平均厚0～0.2m)。72煤層與下部82煤層層間距10.41～16.16m，平均13.28m。煤層傾角5°～18°,平均14°左右。基本頂為細砂巖，平均厚度4.98m，直接頂為泥巖，平均厚度4.8m；直接底為泥巖，平均厚度1.2m，基本底為細砂巖，平均厚度9.6m。

根據三維勘探資料、精細化處理資料、72312工作面采掘揭露的資料綜合分析，對工作面有影響的斷層有17條，褶曲 5 條，其中 NFS42、NFS40、NFS40、NJF85、NJF84斷層對掘進影響較大。

二、許疃煤礦72312工作面過地質構造帶冒頂原因分析

1.冒頂經過

2016年2月初，72312工作面上段80架至機尾頂板較為破碎，期間出現81至83架片幫掉頂現象，2月5日中班結束，工作面89至93架由底鼓變成全巖。2016年2月17日工作面91架揭露G-2（260°∠80°H=4m）底板正斷層，斷層發育速度較快，造成83至90架全巖，經探測工作面煤頂厚度4m以上，工作面90架至機尾沿走向最大仰角20°。因提車提架緩慢，造成支架不能有效的支護頂板。大角度仰采的同時受風巷F-3斷層影響，機尾107架至95架頂板破碎，自架間、前梁頭片冒嚴重，加上對大采高工作面頂板管理認識不足和存在僥幸心理，2月22日中班造成大面積冒頂。

2.原因分析

受斷層影響煤層變化較快，工作面提車提架不及時導致面內大面積煤頂，增大頂板管理難度，導致空頂、冒頂；斷層附近頂板破碎，護頂不到位導致漏頂、空頂；受紀莊背斜影響，工作面仰采，大采高煤壁片幫嚴重導致冒頂。

三、許疃煤礦72314機巷掘進過斷層預注漿加固及回采方案

巷道掘進跟72煤層頂板施工先揭露DFS40逆斷層，然后按照14°下山施工，預計施工35m跟上下盤72煤層頂板；繼續施工10m揭露NJF120逆斷層再按照14°下山施工，預計施工29m跟上下盤72煤層頂板。掘進過該區域為下山施工，有利于頂板管理，掘進期間不進行頂板加固。

1.注漿加固方案

根據72312工作面回采情況分析，為避免類似情況發生，決定對工作面內部的兩條傾向斷層進行頂板加固，以降低回采期間的頂板管理難度，實現工作面高產高效。

頂板注漿范圍根據掘進期間實際揭露圍巖條件進行確定，預計在張廟臺背斜軸部以里及兩條傾向斷層30m范圍內圍巖破碎裂隙發育，工作面頂板管理困難，為此對該段進行注漿加固。

圖1 頂板注漿加固平面示意圖

根據地質探查結果分析，掘進施工期間提前破煤層頂板1.0～1.2m，以利于從機巷施工頂板注漿鉆孔進行注漿加固。開孔位置距煤層頂板0.7m，方位角250°(與機巷夾角60°，仰角孔孔)，設計孔間距1.5～3m，終孔位置與煤層法距不大于2m。在注漿孔內下直徑不小于25mm的廢舊鋼絲繩以提高圍巖的完整性。采用大功率注漿泵（2ZBSB3-0.5/10-15）注漿，終止注漿壓力不低于10MPa。注漿材料：漿液使用水泥漿，水泥采用不低于PC52.5級硅酸鹽水泥，水灰比（0.75～1）∶1。

采用多輪次，間隔孔注漿。每輪注漿結束后，在兩鉆孔之間施工效果檢驗孔，對注漿效果進行評價。如未達到預期效果，則進行下一輪注漿。

圖2 注漿管與廢舊鋼絲繩同時放置于鉆孔之中

注漿時，將普通注漿管連接成整體與廢舊鋼絲繩同時送入注漿孔（見圖2）。需要特別注意的是：所有的注漿管共中只將頂端一節的孔壁上設置出漿孔，靠近孔口的兩節只是與注漿管規格型號相同的鋼管，以保證整個鉆孔的注漿效果。

2.回采期間頂板加強管理方案

為使回采期間頂板得到有效控制，工作面回采過程中需要做到以下幾個方面：

(1)工作過斷層期間要保持勻速推進，原班推進度不低于2m，斷層附近采高以確保煤機順利通過為準。

(2)根據實際揭露的地質情況，在工作面回采前做網格式預想剖面，制定每架提車幅度及提車起始地點，精準控制回采層位。過斷層期間機頭跟機巷頂板回采，面內及時破頂提車提架，保證工作面的仰采角度與機巷上山坡度保持一致，避免逮煤頂回采。

(3)工作面仰采期間若煤壁片幫嚴重，則降低工作面采高，以保證煤機能夠通過為準。必要時采用使棚方法管理頂板，嚴禁大面積空頂造成冒頂事故。

(4)選用破巖能力強的采煤機，盡量避免回采期間放炮破巖引發冒頂。

四、工業試驗效果

截至目前，許疃煤礦72314已經完成了張廟臺背斜及向斜之間破碎帶的回采，回采期間未發生頂板大面積冒落現象，回采效率達到了正常區段的90%以上。