綜采工作面順槽破碎帶注漿加固技術(shù)應(yīng)用

王 強(qiáng)

（同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司 ，山西 朔州 036000）

0 引 言

綜采工作面順槽破碎帶冒漏的主要原因；一是復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造。如斷層、褶曲、裂隙等等，導(dǎo)致頂板及幫部煤巖破碎，局部受力不均勻，出現(xiàn)“網(wǎng)包”；二是受工作面推進(jìn)采動(dòng)超前應(yīng)力影響。上述兩種共同作用造成工作面巷道冒漏事故。

冒漏頂?shù)闹饕憩F(xiàn)為頂部煤巖不同面積突然垮落，冒漏上方呈現(xiàn)為不規(guī)則的倒漏斗狀。以往放頂煤工作面順槽巷道出現(xiàn)破碎帶時(shí)，多采用鋪網(wǎng)二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施處理，工作面回采至破碎帶范圍內(nèi)，工作面與安全出口三角區(qū)破碎頂幫處無(wú)法控制，導(dǎo)致冒漏，冒漏后需再次進(jìn)行吊假頂?shù)忍幚泶胧Ｍ度氪螅Ч患眩胰菀自斐扇松戆踩鹿剩荒軓氐紫踩[患。

工作面順槽巷道過(guò)斷時(shí)，巷道斷層線附近煤體破碎松軟，煤壁片幫嚴(yán)重，巷道與工作面交接的三角區(qū)，極易發(fā)生漏頂事故。為加固巷道頂幫，同時(shí)為后期過(guò)斷期間安全生產(chǎn)提供可靠保障，本次治理破碎帶決定采用液態(tài)化學(xué)加固材料對(duì)兩順槽斷層破碎頂幫進(jìn)行頂板預(yù)注漿加固設(shè)計(jì)和處理。

注漿加固技術(shù)原理：注漿加固技術(shù)的基本原理是針對(duì)破碎帶冒頂?shù)臋C(jī)理，結(jié)合工作面推進(jìn)過(guò)程中的應(yīng)力分布規(guī)律，合理布置注漿孔，及時(shí)對(duì)有冒漏征兆的頂幫煤巖體進(jìn)行粘結(jié)加固。

1 工作面概況

麻家梁礦14101工作面煤層整體為單斜構(gòu)造，煤層平均厚度9.15m，傾角3°-8°，工作面采高3.3m-3.5m，長(zhǎng)度249.5m，順槽長(zhǎng)度2750m。工作面周期來(lái)壓步距20m-30m，周期來(lái)壓顯現(xiàn)程度為明顯。

14101工作面兩順槽遇F1(落差H=3m）、F3(落差H=3m）斷層均為高角度正斷層，在實(shí)際過(guò)斷過(guò)程中，工作面揭露數(shù)條落差小于2m的伴生斷層，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

放頂煤工作面過(guò)斷期間，膠帶順槽及輔運(yùn)順槽兩處斷層線前后范圍頂幫破碎，巷道鋼帶邊角錨桿、網(wǎng)片崩斷，網(wǎng)片拉扯變形嚴(yán)重，出現(xiàn)多處“網(wǎng)包”，在回采至該范圍在工作面超前應(yīng)力的作用下，液壓?jiǎn)误w支柱支護(hù)起不到點(diǎn)支護(hù)的作用，“網(wǎng)包”受上方破碎煤層擠壓發(fā)生冒漏引起范圍擴(kuò)大，從而導(dǎo)致巷道漏頂事故，影響安全生產(chǎn)。

基于巷道斷層附近破碎帶的不完整性，提出了采用液態(tài)化學(xué)粘結(jié)材料加固。在斷層破碎帶初期、裂隙剛剛發(fā)育時(shí)，提前采取注漿粘結(jié)加固處理技術(shù)，利用液態(tài)化學(xué)加固材料對(duì)工作面兩順槽幫頂進(jìn)行頂板預(yù)加固處理，保障煤礦安全高效開(kāi)采，具有重要的意義。

2 注漿加固施工方案

針對(duì)麻家梁礦14101工作面地質(zhì)條件，進(jìn)行了詳細(xì)的工作面順槽破碎帶注漿加固設(shè)計(jì)并對(duì)治理效果進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析。

2.1 方案設(shè)計(jì)

首先14101工作面兩條順槽巷道斷層所在的揭露附近破碎帶位置進(jìn)行打眼預(yù)注漿加固破碎煤幫及頂板。注漿位置及施工參數(shù)如圖1、圖2所示。

根據(jù)工作周期來(lái)壓及地質(zhì)構(gòu)造情況，注漿孔深設(shè)計(jì)為10m，擴(kuò)散半徑為3m。按照頂板破碎區(qū)、頂幫破碎疊合區(qū)、幫部破碎區(qū)三種類型，其注漿孔距初步設(shè)計(jì)為1.0m，在施工中根據(jù)頂幫實(shí)際破碎程度縮短間距，仰角分別為 40°～60°，20°～40°，10°～20°，注漿孔距頂板距離為1.5～2.5m，注漿壓力設(shè)計(jì)為2 MPa。注漿完成的標(biāo)準(zhǔn)是注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和頂板出現(xiàn)溢漿現(xiàn)象。

布孔方式如下：

圖1 工作面斷層示意圖

圖2 順槽煤幫注漿示意圖

2.2 施工要求

放頂煤工作面破碎帶注漿加固技術(shù)是在破碎帶初期、裂隙剛剛發(fā)育時(shí)，提前針對(duì)性地進(jìn)行注漿加固處理、跟蹤頂幫破碎區(qū)域。既能減少注漿量，又避免不安全因素對(duì)生產(chǎn)的影響。

1）根據(jù)地質(zhì)和礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，對(duì)巷道出現(xiàn)破碎部分煤巖體進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤觀察。

2）對(duì)巷道破碎帶出現(xiàn)變化劇烈的煤巖體，在來(lái)壓周期內(nèi)對(duì)破碎煤巖體進(jìn)行注漿加固。

3）合理布置注漿孔并確保注漿孔的深度。

同時(shí)工作面安全出口出現(xiàn)頂幫破碎帶時(shí)，必須盡快進(jìn)行注漿加固處理，保證工作面的快速推進(jìn)。

由于采用木垛接頂?shù)绒k法常常會(huì)延緩工作面的正常推進(jìn)，致使工作面超前支承壓力峰值位置不變，即工作面持續(xù)不斷地來(lái)壓往往造成冒頂范圍越來(lái)越大，最終可能導(dǎo)致壓架、停產(chǎn)，甚至釀成安全事故。

由于工作面的回采，采空區(qū)應(yīng)力重新分布，在采空區(qū)周圍形成新的支承壓力帶（見(jiàn)圖3）。

在不考慮工作面疊合支承壓力的情況下，工作面超前支承壓力峰值位置距離煤壁一般為4～8m，相當(dāng)于2～3.5倍回采高度。影響范圍為40～60m，少數(shù)可達(dá)60～80m，應(yīng)力增高系數(shù)為2.5～3.0。考慮支承壓力峰值位置及周期來(lái)壓步距，一般注漿孔的孔深應(yīng)在8m以上。

圖3 采空區(qū)應(yīng)力重新分布概貌

2.3 注漿加固材料選擇

注漿加固材料應(yīng)具有強(qiáng)度高、固化速度快、滲透性好等特性。目前常見(jiàn)注漿加固材料從使用機(jī)理上主要可分為三大類：

第一類是物理混合型的；第二類是復(fù)合反應(yīng)型的；第三類是本質(zhì)安全型產(chǎn)品。

本次注漿材料選用超聚砼注漿材料，試驗(yàn)兼具無(wú)機(jī)與有機(jī)加固材料的優(yōu)點(diǎn)，既克服了有機(jī)高分子材料反應(yīng)溫度高、安全性差的缺點(diǎn)，也克服了無(wú)機(jī)材料粘接性低、早期強(qiáng)度低的弱點(diǎn)。同時(shí)該類產(chǎn)品還具有漿液流動(dòng)性好，滲透性強(qiáng)，固化時(shí)間和抗壓強(qiáng)度可調(diào)等特點(diǎn)。施工動(dòng)力為壓風(fēng)，設(shè)備及材料為雙液注漿泵、封孔器、導(dǎo)流管，混合器等。

2.4 應(yīng)用情況

本次注漿施工時(shí)間跨度為2013年2月～2013年4月，注漿施工工藝和一般化學(xué)注漿一樣，即打眼、安裝注漿管、封孔器、注漿和清洗注漿泵及管路。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工中注漿施工有以下特點(diǎn)：

1）隨著工作面推進(jìn)及地質(zhì)構(gòu)造和工作面順槽來(lái)壓的變化，注漿工作循環(huán)不斷的進(jìn)行，相臨兩個(gè)循環(huán)的注漿深度必須重疊1m以上。

2）密切跟蹤觀察巷道破碎帶煤巖體狀況，隨時(shí)改變注漿孔設(shè)計(jì)方案。

3）每一循環(huán)的注漿加固距離應(yīng)始終和工作面超前支承壓力峰值保持一致。

4）為安全起見(jiàn)，充分利用工作面檢修班安排注漿施工。

5）對(duì)順槽巷道內(nèi)任何可能出現(xiàn)的頂幫破碎現(xiàn)象，必須提前及時(shí)進(jìn)行加固處理。當(dāng)發(fā)生冒漏后，再進(jìn)行注漿加固處理既存在極大的施工安全隱患，也增加了施工的難度。

根據(jù)實(shí)際注漿段巷道工程條件，進(jìn)行了具體的綜放面冒頂片幫動(dòng)態(tài)注漿加固設(shè)計(jì)，采用超聚砼材料進(jìn)行施工、對(duì)治理效果進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析。

經(jīng)動(dòng)態(tài)注漿加固后，14101工作面斷層破碎區(qū)的破碎煤體能夠有效固結(jié)在一起，及時(shí)維護(hù)了頂板的完整性，有效防止破碎區(qū)域漏頂事故的發(fā)生,確保工作面安全推進(jìn)。

動(dòng)態(tài)注漿加固技術(shù)針對(duì)性強(qiáng)，節(jié)約大量資金。動(dòng)態(tài)注漿加固技術(shù)的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)跟蹤。即在冒頂片幫初期、裂隙剛剛發(fā)育時(shí)提前有針對(duì)性地采取注漿加固處理。這樣既能減少注漿量，又避免不安全因素對(duì)生產(chǎn)的影響。據(jù)估算，使用該技術(shù)較一般注漿加固技術(shù)節(jié)約資金20%以上，本次動(dòng)態(tài)注漿加固累計(jì)節(jié)約資金200萬(wàn)元以上。

3 結(jié) 語(yǔ)

麻家梁煤礦組織實(shí)施的綜采工作面面冒頂片幫動(dòng)態(tài)注漿加固技術(shù)實(shí)施工程，解決了工作面可能隨時(shí)出現(xiàn)的冒頂片幫問(wèn)題，保障了工作面安全有序推進(jìn)；對(duì)確保千萬(wàn)噸工作面的安全高效回采具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，對(duì)類似條件的礦區(qū)也有重要的推廣、使用價(jià)值，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。