淺析綜放工作面沿空留巷合理注漿時機

程 杰

（潞安集團高河能源有限公司 ，山西 長治 047100）

0 引 言

煤炭在我國能源消費結構中具有舉足輕重的意義，不過伴隨著我國快速的發(fā)展，能源消費總量日益增加，這給有限的煤炭資源帶來了沉重的負擔，所以提高煤炭資源利用率、優(yōu)化煤炭開采水平越來越重要。沿空留巷的發(fā)展給煤炭資源的合理開發(fā)帶來了新的契機，無煤柱沿空留巷也在我國多個礦區(qū)得到了成功應用，潞安集團的高河能源、常村礦和余吾煤業(yè)也成功實施過有煤柱沿空留巷。

山西高河能源有限公司（以下簡稱“高河能源”）為設計生產能力6.0Mt/a的特大型生產礦井，對掘銜接要求很高。高河能源W1319工作面的沿空留巷即W1319進風順槽（原W1318進風順槽）部分區(qū)域在一次采動影響后變形破壞嚴重，煤柱幫出現(xiàn)大量的錨桿錨索斷裂、退錨現(xiàn)象，頂板下沉明顯，柔模充填體多出壓裂，二次采動影響期間巷道圍巖控制難度較高。因此，為確保W1319工作面安全回采，高河能源提出對W1319進風順槽進行煤幫和頂板整體注漿的補強加固措施。在選擇注漿時機時，達到漿液在圍巖中的擴散范圍與圍巖變形量處于平衡時最佳[1-2]，本文主要針對W1319進風順槽圍巖特征，通過數(shù)值模擬的方法確定合理的注漿時機，并為高河能源類似巷道圍巖控制提供一定的參考。

圖1 W1319工作面進風順槽示意圖

1 研究區(qū)概況

W1319工作面所采煤層為3#煤，平均煤厚6.5m，平均煤層傾角為5°，煤層埋深在450m左右。W1319進風順槽南邊為處于西一盤區(qū)的W1319工作面，北邊為W1318工作面采空區(qū)，西側為5條大巷并與其中的+450m水平南翼輔助運輸大巷相通，具體巷道位置見圖1。W1319進風順槽沿底掘進，隨著W1318工作面的推進在巷道北幫鋪設柔模墻，鋪設柔模墻后巷道寬度為4000mm，高度為3850mm，一次回采后支護斷面圖見圖2。在一次采動影響后，W1319進風順槽變形主要體現(xiàn)在頂板下沉和煤幫移近上，分別達到了450mm、300mm左右，底板及柔模墻幫變形不大，一次回采后巷道變形特征見圖3。

圖2 巷道支護斷面圖

圖3 巷道變形破壞形式示意圖

2 注漿機理分析

在原巖應力條件下，煤體內存在大量裂隙，但這些裂隙都比較小，對煤體的承載能力影響不大。W1319進風順槽已經經過掘巷、W1318工作面回采擾動，煤體內原有的小裂隙得到擴張發(fā)展成大裂隙，甚至淺部煤體破壞嚴重形成了煤塊或者顆粒，這就導致煤體原有的承載能力降低，錨桿索錨固能力也大大下降，受到多次擾動影響后的巷道圍巖結構如圖4所示。根據(jù)巷道圍巖結構特征總結注漿作用機理主要有以下兩點[3]：

1）注漿漿液可以填充煤巖體內的裂隙，增加圍巖的凝聚力，使得已經破碎松散的圍巖重新加固成一個整體，提高了圍巖巖石力學參數(shù)和整體結構，從而控制了圍巖的進一步變形破壞。

2）注漿能夠有效增強錨桿與圍巖的錨固強度。W1319進風順槽掘進時支護的錨桿索錨固力會隨著圍巖的破碎慢慢降低，注漿后的圍巖整體性增強，錨桿索錨固圍巖的效果又重新得到完善。根據(jù)以往經驗，注漿后錨桿索錨固力甚至會達到注漿前的3倍，且其衰減速度也要慢很多。

圖4 巷道圍巖結構

3 數(shù)值模擬及分析

根據(jù)前人研究得出的結論，要依據(jù)巷道圍巖特征確定注漿時機。注漿時機過早，圍巖內裂隙、孔隙發(fā)育不充分，煤巖體吃漿量小，在二次采動影響時注入的少量漿液達不到有效控制圍巖變形的作用；注漿時機過晚圍巖承載能力已經嚴重破壞，巷道變形量已經過大，此時注漿為時已晚，所以，針對沿空留巷需要在裂隙發(fā)育與巷道變形之間找到一個平衡點[4-6]。

本文根據(jù)高河能源地質條件，運用FLAC-3D數(shù)值模擬軟件分別模擬W1319工作面回采前巷道變形情況，以及在W1319工作面推進前方20m、50m、80m、120m注漿時工作面前方10m位置巷道圍巖變形情況，建立的三維模型，見圖5。

圖5 數(shù)值模擬模型圖

由于W1319進風順槽變形量主要體現(xiàn)在頂板下沉和煤幫移近上，所以在此以頂板和煤幫的變形量作為判斷注漿效果的依據(jù)。根據(jù)變形量對比圖（見圖6）可以看出，在W1319工作面前方50m左右時對W1319進風順槽進行注漿巷道變形量最小、控制效果最佳；在20m左右注漿時雖然巷道裂隙發(fā)育更加充分、吃漿量大，但是由于巷道已經產生了很大變形再進行注漿為時已晚；在80m以前注漿巷道裂隙發(fā)育尚不健全，吃漿量小，當后期二次回采帶來巨大壓力時巷道支撐能力有限，漿液與圍巖組成的新的結合體再一次被破壞，圍巖控制效果不佳。綜合考慮，應在工作面前方50m左右位置進行注漿。

圖6 W1319進風順槽變形量對比圖

4 結 論

根據(jù)W1319進風順槽圍巖破壞特征與注漿機理，進行FLAC3D數(shù)值模擬，得出在二次回采時工作面前方50m左右位置圍巖裂隙發(fā)育程度與變形量達到平衡，并在該位置進行注漿效果最佳，本文的研究給高河能源其他類似巷道圍巖控制起到了一定的參考作用。