回坡底煤礦10-113綜采工作面過(guò)斷層注漿技術(shù)應(yīng)用研究

秦 潞

（霍州煤電集團(tuán)汾河焦煤股份有限公司回破底礦，山西 洪洞 041600）

1 工程概況

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)回坡底煤礦10-113綜采工作面，位于磊上村以北，東溝前河村莊西南，地表無(wú)小煤窯、塔架線(xiàn)路等構(gòu)筑物，區(qū)域地形最高點(diǎn)（+916m）位于前河村莊南部420m處（井下對(duì)應(yīng)10-1131巷運(yùn)輸聯(lián)巷），最低點(diǎn)（+817m）位于柴家垣村莊東南部650m處（井下對(duì)應(yīng)10-1131巷700m處）。根據(jù)10-1131、10-1132巷掘進(jìn)時(shí)所遇的地質(zhì)情況，可以斷定10-113綜采工作面在回采時(shí)，會(huì)揭露斷層9條，陷落柱1條，其中F120斷層會(huì)對(duì)回采造成較大的影響，該斷層為貫穿工作面的正斷層，位置在7#點(diǎn)前6m，傾向?yàn)?31°，傾角為57°，斷距為3.1m。工作面采用綜合機(jī)械化一次采全高全部垮落采煤法，最大采高為6.3m。

2 斷層圍巖破壞分析

2.1 工作面圍巖的相似模擬

根據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)與相關(guān)地質(zhì)資料，來(lái)對(duì)本次試驗(yàn)中巖層進(jìn)行相似材料的選擇及配比，試驗(yàn)采用平面應(yīng)變模型，模型尺寸設(shè)計(jì)為：長(zhǎng)為4300mm，寬為180mm，高為2700mm，主要材料選擇沙子，同時(shí)添加石灰、石膏與緩凝劑來(lái)達(dá)到與原巖相同物理參數(shù)的相似材料。在進(jìn)行試驗(yàn)前，需進(jìn)行多次試驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證所配比的相似材料與原巖層的力學(xué)特性相似，以求達(dá)到最佳的配比。根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)場(chǎng)合及儀器尺寸，對(duì)各層材料選擇相應(yīng)的厚度，并計(jì)算整個(gè)模擬材料的體積，并著手開(kāi)始安裝試驗(yàn)。

2.2 相似模擬結(jié)果分析

在整個(gè)模型完全干燥硬化后，開(kāi)始對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行調(diào)試并開(kāi)始試驗(yàn)，具體試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示：

圖1 相似模擬結(jié)果圖

如圖（a）所示，在模型穩(wěn)定之后，在其一端留10cm的煤柱并在工作面處安裝一個(gè)支架，，此時(shí)距斷層72m，工作面整體穩(wěn)定；如圖（b）所示，在距離斷層48m時(shí)，受上層裂縫影響下，頂板發(fā)生垮落，并且裂縫在逐漸擴(kuò)大；如圖（c）所示，此時(shí)工作面距斷層48m，頂板垮落17.4m，增加了13m，此時(shí)相當(dāng)于2.1個(gè)采高，而工作面頂板的垮落速度依舊在增大；如圖（d）所示，此時(shí)工作面回采至距斷層9.6m處，頂板垮落在此處達(dá)到最大值，達(dá)到34.1m，相當(dāng)與5.18個(gè)采高，并且頂板垮落不在增加；如圖（e）所示，此時(shí)回采工作面達(dá)到斷層處，此時(shí)由于采空區(qū)內(nèi)矸石與支架的支撐作用，不在發(fā)生冒頂現(xiàn)象，上層圍巖隨著裂縫發(fā)生輕微滑動(dòng)，而上層巖層形成“砌體梁結(jié)構(gòu)”，所以依舊保持維持穩(wěn)定；如圖（f）所示，此時(shí)工作面已經(jīng)過(guò)斷層12m，此時(shí)破裂區(qū)由于沒(méi)有支架的支撐作用，整體沿著裂縫開(kāi)始下沉。

通過(guò)相似模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，由于工作面向斷層回采期間，受斷層的影響，頂板會(huì)發(fā)生垮落現(xiàn)象，而可能導(dǎo)致液壓支架的工作阻力升高，造成壓架的事故發(fā)生；同時(shí)伴隨著煤壁會(huì)大概率出現(xiàn)片幫的現(xiàn)象，會(huì)對(duì)正常回采工作造成影響，需要及時(shí)對(duì)工作面圍巖進(jìn)行加固控制，以確保可以安全完成回采工作。

3 注漿技術(shù)應(yīng)用及效果

3.1 頂板控制措施[2-3]

通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)與對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查取樣，并基于相關(guān)理論與經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，決定對(duì)工作面巖層進(jìn)行注漿作業(yè)，以達(dá)到對(duì)其加固的目的。根據(jù)相似模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析，工作面向斷層推進(jìn)至距斷層48m時(shí)，液壓支架開(kāi)始受到斷層的影響，工作阻力開(kāi)始增大，且在距斷層10處，頂板發(fā)生最大垮落度，達(dá)到整個(gè)采高的5.1倍，此時(shí)支架壓力會(huì)迅速增大，而工作面通過(guò)斷層后，壓力迅速減小到比較低的范圍，因此斷層對(duì)工作面頂板的主要影響范圍在48m處，而根據(jù)理論計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證，決定在工作面距斷層前20m處實(shí)施超前注漿加固，直到斷層過(guò)斷層后15m位置。

3.2 注漿參數(shù)確定

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的圍巖破壞研究和理論分析，經(jīng)礦方?jīng)Q定10-113綜采工作面在遇斷層期間，圍巖受斷層影響較大，為防止回采期間發(fā)生冒頂或者煤壁發(fā)生片幫的現(xiàn)象，需進(jìn)行超前注漿，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，在斷層附近，會(huì)出現(xiàn)少了冒水現(xiàn)象，因此注漿材料選取水泥混合水玻璃，來(lái)對(duì)工作面圍巖進(jìn)行超前注漿。

1）注漿孔確定。為了是加固效果更好，以防止斷層附近破碎區(qū)的因回采影響而繼續(xù)發(fā)展，根據(jù)回采工作面圍巖裂頂板的破裂情況，經(jīng)理論計(jì)算后，同時(shí)考慮圍巖加固效果與經(jīng)濟(jì)效益，最高注漿孔深度選擇為6m；選擇布置兩排注漿孔，第一排距巷道底板2m處，第二排布置在距頂板1m處，每隔4m布置一個(gè)注漿孔，注漿孔布置如圖2所示，封孔時(shí)，根據(jù)注漿孔的實(shí)際情況，封孔器應(yīng)該距注漿孔口1500mm；。

圖2 注漿鉆孔布置

2）單孔注漿量確定。單孔注漿量時(shí)決定注漿效果的主要因素之一，同時(shí)注漿的壓力、時(shí)間也會(huì)對(duì)注漿的實(shí)際效果造成影響。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察與理論計(jì)算，為達(dá)到最優(yōu)效果，既能最大程度上加固巷道圍巖，又能省工省料，決定單孔的注漿量為350kg為最佳，注漿時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整。

3.3 注漿加固施工工藝[5]

圖3 注漿加固工藝與設(shè)備

3.4 注漿工藝流程

1）首先對(duì)注漿材料進(jìn)行準(zhǔn)備，本次注漿根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地請(qǐng)考慮，決定采用水泥混合水玻璃的混合注漿，同時(shí)準(zhǔn)備所需的壓力泵、注漿管等注漿所需基本設(shè)備。

2）將所準(zhǔn)備設(shè)備與注漿管，注漿泵相連，監(jiān)測(cè)連接設(shè)備是否有漏液的現(xiàn)象，壓力是否滿(mǎn)足工作需求。

3）開(kāi)始注漿，注漿使用的瑪麗散樹(shù)脂與催化劑，分別使用兩根吸料管與注射泵相連，在工作時(shí)，這兩種注漿料會(huì)通過(guò)注射泵的作用下，進(jìn)入到高壓膠管；高壓膠管一端連接注射槍?zhuān)瑑煞N噴漿了混合后，通過(guò)注漿管注入到注漿孔內(nèi)，并在注漿泵的高壓作用下，滲透到巖層內(nèi)的縫隙中，從而達(dá)到對(duì)圍巖層加固的作用。根據(jù)實(shí)地情況，可以靈活調(diào)整注漿情況。

4）停止注漿。在注漿達(dá)到預(yù)計(jì)要求或注漿量的擴(kuò)散半徑達(dá)到預(yù)計(jì)位置后，即可停止注漿，并對(duì)注漿孔進(jìn)行封孔。

5）換孔注漿，重復(fù)2～4的相關(guān)施工步驟。

6）清洗管路，在注漿完成后，需及時(shí)進(jìn)行清洗管路，防止管內(nèi)注漿孔凝固，注漿泵與管路堵塞。

7）注漿結(jié)束，對(duì)注漿工作面進(jìn)行維護(hù)與觀測(cè)記錄，有任何問(wèn)題及時(shí)匯報(bào)。

3.5 圍巖控制效果

為分析斷層對(duì)大采高工作面的影響并驗(yàn)證在此處應(yīng)用圍巖控制效果,對(duì)斷層影響區(qū)域范圍內(nèi)注漿后，對(duì)頂板變形量進(jìn)行為期兩周的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要布置在距斷層5m的1號(hào)斷面，距斷層10m的2號(hào)斷面，通過(guò)對(duì)斷面變形量來(lái)分析工作面遇斷層期間的礦壓顯現(xiàn)特征。

圖4 注漿后頂板變形量變化

有檢測(cè)站的實(shí)際檢測(cè)的圖可知，在對(duì)巷道圍巖進(jìn)行注漿之后，隨著回采的的推進(jìn)，工作面圍巖依舊保持穩(wěn)定狀態(tài)。1號(hào)斷面頂板最大變形量19.5cm，之后逐漸趨于穩(wěn)定；2號(hào)斷面頂板變形量在5-5前，變形顯著，之后逐漸趨于穩(wěn)定，最大變形量在18cm。由現(xiàn)場(chǎng)觀察記錄得，在回采工作面過(guò)斷層時(shí)，并未發(fā)生冒頂現(xiàn)象，液壓支架工作正常，沒(méi)有發(fā)生壓架現(xiàn)象，說(shuō)明工作面圍巖控制效果良好，工作面順利通過(guò)斷層。

4 結(jié)語(yǔ)

為了探究注漿對(duì)工作面過(guò)斷層的應(yīng)用效果，本文以回坡底煤礦10-113綜采工作面過(guò)斷層為研究對(duì)象，通過(guò)相似模擬實(shí)驗(yàn)，得到斷層對(duì)回采工作的影響范圍，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算與基于實(shí)際情況考慮，決定對(duì)工作面圍巖進(jìn)行注漿作業(yè)，以確保回采作業(yè)可以安全進(jìn)行；在按照安全規(guī)程完成注漿之后，并對(duì)注漿效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，通過(guò)對(duì)注漿后的頂板變形量觀察，可以確定注漿對(duì)工作面安全通過(guò)斷層具有良好應(yīng)用效果。