綜采面過陷落柱加固技術研究

謝寧

摘要：3413回采工作面開采期間受到陷落柱影響，導致頂板出現冒落以及煤壁片幫，影響回采工作面的安全生產。針對回采面面臨的問題，采用注膠加固技術對陷落柱影響范圍內的破碎巖體進行加固，提升巖體的強度、整體性以及承載能力，為回采工作面快速安全推進過程陷落柱創造了良好條件，并取得顯著經濟效益。

關鍵詞：回采工作面;陷落柱;注膠加固

陷落柱是在巖溶作用下形成，是煤炭開采中常見的一種地質構造[1-2]。陷落柱時常給礦井的安全生產帶來不利影響。由于陷落柱的作用，造成開采范圍內工作面頂板破碎，煤壁片幫情況加劇，特別是當陷落柱具有導水性時，輕則制約回采工作的正常推進，嚴重時會導致回采面報廢甚至出現淹沒回采面或者淹井事故，給礦井的正常生產造成十分不利的影響[2-5]。文中以山西某礦3413回采工作面為工程背景，對該回采工作面遇到的陷落柱采用注膠加固方案，確保了回采工作面安全推進。

1 概況

3413工作面為該礦位于西翼的3采區第13個回采工作面，該工作面的平均埋藏深度在460m，開采3號煤層，煤層平均開采厚度在2.49m，走向呈現南北向，傾向呈現東西向，煤層的傾角在2～11°，平均6°，煤層結構較為簡單，局部含有1層夾矸。3號煤層的直接頂為砂質泥巖，質地較為均勻，性脆，厚度在9.34m，基本頂為中砂巖，堅硬，呈現灰黑色，厚度在1.78m;直接底為砂質泥巖，黑灰色，厚度在3.7m。回采工作面設計的走向長度在190m，傾斜長度為1543m，采用綜合機械化開采工藝，全部垮落法對頂板進行管理。

回采工作面在推進到540m位置時，物探探測出前方存在地質構造，具體為直徑在6m，陷落柱的邊緣巖體賦存狀態受到較大的破壞，較為紊亂，陷落柱內被巖石以及黃泥充填，內部的陷落角在80°。在受到陷落柱的影響范圍內的煤層變薄，頂板較為破碎，同時由于此處煤層傾角較大，給煤層頂板管理帶來較大影響。當回采工作面正常推進到陷落柱時，回采面的53～72號支架間頂板為破碎的風化巖層，煤壁片幫以及頂板漏矸現象較為嚴重，支架移架困難，給回采面的正常生產帶來嚴重影響。為了保證回采工作的正常推進，需要采用必要的技術措施，強化陷落柱本身及影響范圍內的破碎巖層穩定性及強度。

2 陷落柱注膠加固方案

2.1 加固區域

根據物探探測出的陷落柱情況以及鉆探結果，確定在3413工作面陷落柱及影響范圍之內進行加固，具體區域為53～72號支架頂板，以及53～72號支架間的煤壁。

2.2 注膠加固材料

根據臨近礦井治理陷落柱選用注膠材料治理效果以及相關廠家提供的技術資料，在礦井進行陷落柱加固時選用的注膠材料為馬麗散。馬麗散為一種粘度較低的膠脂材料，具有較好的滲透性及流動性，固結之后能形成強度較高的網狀結構。

2.3 注膠鉆孔設置

在回采面液壓支架每隔2個支架，在頂板上布置一個充填鉆孔，鉆孔面向煤壁方向施工，注膠鉆孔的長度不得小于3m。在53～72號支架進行注膠鉆孔依次施工，注膠鉆孔的開孔位置距離伸縮梁500mm，鉆孔與頂板間的夾角值在15～25°間，鉆孔的深度在6m左右，在煤壁片幫較為嚴重區域，每一個液壓支架下部布置一個注膠鉆孔，在片幫較輕區域每兩隔2個液壓支架布置一個注膠鉆孔。

2.4 施工工藝

對陷落柱進行注膠所用到的設備以及材料具體如表1所示。

具體施工步驟為：

2.4.1 注膠鉆孔施工

根據設計的施工鉆孔參數對鉆孔進行施工，當對鉆孔進行鉆進過程中，若出現鉆孔塌孔較為嚴重時可以采用邊注膠邊鉆進的方式進行。

2.4.2 注膠管路裝設

將首根花管的端頭進行封堵，最后的一根花管采用鐵絲纏繞牢固后進行封孔，花管留設出露長度在0.5m，并將注膠管與注膠花管連接牢靠。

2.4.3 連接壓風以及注膠管路

待所有的管路連接完畢之后，開始進行預注膠，檢驗連接的管理的密封性以及設備的可靠性。

2.4.4 注膠

注膠過程中應重點對注膠區域內圍巖進行觀察，是否出現漏漿或者串漿情況，當發生上述情況時，及時進行處理。

2.4.5 注膠停止

通過注膠量、注膠壓力以及注膠過程中的返漿量對是否停止注膠進行判定，當判定需要停止注膠之后，立刻停止注膠并快速的封堵注膠鉆孔。一個鉆孔注膠完成之后應及時對注膠泵以及注膠的配件進行清洗，以便開始另外一個鉆孔的注膠工作。

2.4.6 注膠結束

所有的注膠鉆孔注膠完畢之后，逐一對注膠設備進行清洗，并根據相關作業規范或者技術要求對注膠鉆孔的注膠情況進行質量驗收。

2.5 注膠量計算

陷落柱的注膠量與注膠鉆孔所處的巖體巖性，密度以及滲透性有較大關系，主要的決定參數有注膠壓力、注膠時間、巖層的裂隙發育程度以及滲透性等參數，具體的注膠量計算可以采用下述公式進行計算[6]：

Q=a×V×n

其中：Q表示陷落柱需要的注膠量（m3）;a表示注膠損傷系數（一般取1.1）;V表示注膠需要充填的體積量（m3）;n表示注膠區域內巖體的孔隙率，一般取值為0.12。

根據物探以及鉆探數據，可以初步的判定陷落柱的底部面積在120m2，設計的注膠鉆孔充填高度為2.49m，將相關參數帶入到上述公式之后，可以計算出需要的總的注膠量為39.5m3。

3 注膠效果分析

在未對陷落柱進行注膠之前，回采工作面推進到陷落柱影響范圍之內時，回采面的頂板較為破碎，在53～72號液壓支柱間出現漏頂情況，煤壁片幫也較為嚴重，移動液壓支架也較為困難，并有部分支架上部矸石由于漏矸，大量的覆蓋到刮板輸送機之上。同時由于支架頂板不能較好的接觸煤層頂板，導致漏矸或者煤壁片幫情況不能得到較好的遏制。采用注膠加固之后，陷落柱本身以及陷落柱影響范圍內的破碎巖層得到較好的加固，強度、穩定性以及承載能力都得到較大幅度的提升，從而使得頂板漏矸或煤壁片幫情況得到較大的緩解。加之在回采面支架移動過程中采用帶壓摩擦移架，減少頂板的控頂距離以及加快回采面推進速度等措施，3413工作面得以安全快速的推進過陷落柱影響區。

4 結束語

3413工作面采用注膠加固技術對陷落柱進行處理，取得了良好的應用效果，應用實踐也表明，采用注膠加固可以有效的對陷落柱影響范圍內的破碎巖體進行加固，增強巖體的強度，提升整體的承載能力，能對工作面推進過程中的漏頂以及煤壁片幫有較好的控制作用。同時也為該礦工作面過陷落柱積累了寶貴的實踐經驗。

參考文獻：

[1]范雨濤.賦存陷落柱、褶曲的煤礦回采巷道圍巖支護方法及應用[J].煤炭與化工，2018，41（11）：13-15+18.

[2]司浩浩.綜采工作面安全快速高效過陷落柱技術實踐[J].山東煤炭科技，2018（10）：13-14.

[3]郝文琦.綜采工作面過陷落柱安全回采技術措施研究[J].山東煤炭科技，2018（07）：7-8+11.

[4]陳引鋒，馬長玲，魏奧林.注膠加固法在治理煤礦巖溶陷落柱的應用[J].西部探礦工程，2018，30（04）：142-144+147.

[5]李小瑜.綜放工作面過陷落柱開采技術實踐[J].煤，2018， 27（02）：26-28.

[6]劉興和.綜放工作面過陷落柱注膠加固技術研究[J].能源與節能，2017（01）：121-123.