大采高綜放工作面注漿加固技術應用

龔 雪

（陽泉煤業（集團）有限責任公司一礦，山西 陽泉 045008）

引言

陽煤一礦8304 工作面（西部）位于一礦南條帶三采區中西部，北部為S8303 工作面（西部，已回采），煤柱為20 m。由于受采動和側向支撐壓力的影響，巷道礦壓顯現強烈，主要表現為頂板下沉、底鼓、兩幫移近、三角煤破碎等。根據注漿的目的、漿材性質及造價等因素，通過調研研究決定，采用山西澳華工礦山支護科技有限公司生產的超強礦用無機材料對8304 工作面回風巷部分地段三角煤進行超前注漿加固。通過與化學加固材料進行對比分析，該加固材料可實現對頂板的有效管控，維護了三角煤區域的穩定性，改善了動壓巷道狀況，為工作面高效生產創造了條件，是適合該礦經濟、安全、適用的加固材料。

1 工作面生產地質調查

1.1 工作面四鄰采掘條件

工作面東部為本采區采區大巷，南部為S8305回采工作面（西部）（正在掘進），西部為南北翼瓦斯聯絡巷，北部為S8303 工作面（西部）（已回采）。

1.2 巷道布置

8304 工作面（西部）采用“U+I”通風方式，工作面共布置五條巷道：進風巷、回風巷、低位抽采巷、走向高抽巷、切割巷。

進風順槽沿頂板掘進，巷道斷面為矩形，毛高3.1 m，凈高3.0 m，毛寬5.3 m，凈寬5.0 m。采用圓鋼錨桿+W 鋼帶+金屬網+Φ17.8 mm×5 200 mm 補強錨索聯合支護，排距900 mm。回風順槽為采空側巷道沿頂板掘進，巷道斷面為矩形，毛高3.9 m，凈高3.8 m，毛寬5.2 m，凈寬5.0 m。支護形式為雙錨支護，采用Φ21.6 mm×5 200 mm 錨索＋Φ22 mm×2 000 mm 錨桿＋經緯金屬網＋鋼帶”聯合支護，排距900 mm。

1.3 工作面回風巷圍巖條件

工作面煤層賦存穩定，結構復雜，煤層總厚度最大6.76 m，最小6.25 m，平均煤厚6.58 m，直接頂為0.35 m 的黑色泥巖，基本頂為13.09 m 的灰色石灰巖，直接底為2.95 m 的黑色泥巖，老底為6.13 m 的灰色細砂巖。

2 注漿方案

2.1 回風順槽注漿加固范圍

回風順槽650～850 m，共200 m，在工作面幫進行注漿加固。

2.2 加固材料

2.2.1 材料特點

1）超強礦用無機材料是通過壓注的方法加固山體、隧道、磚墻、混凝土以及礦山煤、巖石的開裂，也可用于不流動的砂石和其他無承載力的地面等。

2）跟傳統水泥漿比較：水灰比低0.28，保證注到裂隙中的是漿液，不會出現頂板注漿下雨狀況。

3）抗折性和剪切力高，在受到應力或者采動影響的情況下，保證巷道穩固。

4）跟化學漿比較：性價比高，價格是市面上有機化學材料平均價格的1/3。超強礦用無機材料是無機反應不產生熱量，保證井下的安全。

5）無收縮，微膨脹，高流動性，不含氯化物。

2.2.2 材料參數

1 d 抗壓強度≥20 MPa；3 d 抗壓強度≥40 MPa；7 d 抗壓強度≥70 MPa；粒徑為0～0.1 mm；施工溫度為5～35 ℃。

2.2.3 注漿設備

氣動注漿泵型號為2ZBQ-50/19，氣動攪拌桶型號為JQW-250S；礦井壓風為0.4～0.8 MPa；其他備件有注漿管、混合器、高壓輸料管；其他工具有氣動錨桿鉆機、Φ32 鉆頭。

2.2.4 注漿參數

1） 采用超強礦用無機材料，水灰質量比為0.28∶1。

2）注漿壓力為3～5 MPa。

2.2.5 加固方案

工作面幫注漿孔布置，如圖1 所示：注漿孔沿工作面幫布置，垂直巷幫開孔，相鄰注漿孔間距4 000 mm，距巷道底板高度1 750 mm，孔深8 000 mm，封孔深度4 000 mm，采用專用封孔器封孔。

圖1 注漿孔布置圖（單位：mm）

底板治理（試驗）如圖2、圖3 所示，底板治理采用Φ21.6 mm 的小孔徑預應力錨索+超強礦用無機材料注漿復合支護，錨索與注漿孔間隔布置，錨索采用Φ21.6 mm 的小孔徑預應力錨索，長度6 300 mm，間距1 500 mm，排距3 000 mm；注漿孔一排布置兩個，間距3 000 mm，排距3 000 mm，與底板夾角80°開孔。考慮到巷道底板有3 000 mm 厚煤，煤層直接底為2 950 mm 黑色泥巖，因此孔深設計為6 000 mm，封孔深度4 000 mm，采用專用封孔器封孔。

3 施工工藝

1）實地查看注漿地點施工情況，配合礦方做好相應準備工作。

2）把注漿泵、攪拌桶、無機材料、注漿管及配件等運至施工地點。

3）準備工作就緒后，接好與泵所連接的管路和混合器，試驗泵所連接的管路是否暢通及出料比例是否合格。

4）注漿設備注漿范圍應在10 m以內。

5）待施工技術人員核實泵能正常運轉后，把超強礦用無機材料倒入攪拌桶進行攪拌，確保每桶的攪拌時間在10 min 左右；正常施工時，確保材料按水灰質量比為0.28∶1 予以攪拌。

6）在注漿過程中，必須注意觀察泵及注漿孔，當泵的壓力表指示數值達到標準或出現返漿現象，可以停止向該孔注漿，并轉移至下一注漿孔。如此循環，直至加固施工結束。

圖2 底板治理斷面圖（單位：mm）

圖3 底板治理展開圖（單位：mm）

4 應用效果分析

通過對陽煤一礦8304 工作面回風巷注膠段巷道圍巖變化情況及頂底板位移量進行觀測記錄，分析對比圍巖控制的效果，結合初始數據進行分析，巷道兩幫及三角煤區域得到了基本控制，底鼓現象得到緩解，改善了巷道狀況，滿足了回采使用要求。

1）三角煤區域松軟破碎煤體得到加固，形成一體的加固體，圍巖的承載能力明顯提高，有效地減少了圍巖破壞變形，注漿以來，三角煤區域未發生較大破碎塌落事故。

2）注漿幫位移量明顯減少，隨工作面推進采動影響，幫移近量僅0.2 m，較原來減少70%，巷道斷面滿足通風和使用要求。

3）巷道底鼓得到緩解，通過底板注漿治理，底鼓量平均為0.4 m，較原來減少50%，底鼓量明顯減少，減少了整巷工程量，創造了良好的安全效益和經濟效益。