柔性注漿加固技術在工作面煤壁片幫中應用

姬 敏

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

1 概況

山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦204 工作面位于830 m 水平二采區左翼，工作面最高標高930 m，最低標高828 m。工作面東為井田邊界，西為830 系統大巷，南為206 工作面，北與202 工作面相鄰（已回采）。工作面上部主要可采煤層為5#煤層，為未采區域。

204 工作面設計走向長度為1175 m，傾向長度為247 m。工作面回采煤層為9#煤層，平均厚度為2.8 m。9#煤層位于太原組中部，硬度為3。工作面范圍內煤體結構較穩定，含有二到四層夾矸，夾矸為砂質泥巖，夾矸總厚度為0.25～0.35 m。

由于204 工作面與202 工作面采用無煤柱回采工藝，202 工作面回采后存在采空區殘余應力。204工作面在回采前的100 m 范圍內，受初次來壓及采空區殘余應力影響，工作面尾部往頭部方向50 m范圍內出現大面積煤壁片幫現象，最大片幫深度為2.2 m，最大片幫高度為1.5 m，導致工作面尾部端面頂板距加大，端面破碎嚴重，移架困難等，不僅制約著工作面安全高效回采，而且威脅著工作面安全回采施工。

2 煤壁片幫維護措施優缺點分析

2.1 玻璃鋼錨桿支護

（1）施工工藝。當工作面煤壁出現片幫時，在片幫處施工支護鉆孔，鉆孔內安裝玻璃鋼錨桿并鋪設纖維網從而達到煤壁維護的目的。傳統玻璃鋼錨桿長度為2.0 m，當工作面煤壁片幫高度達1.0 m時需在工作面施工兩排以上玻璃鋼錨桿。

（2）存在問題。傳統玻璃鋼錨桿維護片幫時，錨桿布置間排距為1.0 m，當工作面煤壁片幫面積大時需施工數量較多的支護鉆孔，在鉆孔施工時對破碎煤壁產生二次破壞作用，加劇了煤壁破碎力度。同時，錨桿支護長度為2.0 m，當片幫距大于1.5 m時，錨桿錨固端出現失穩現象，降低了錨桿支護效果，對深度片幫維護效果較差。

2.2 注漿加固

（1）施工工藝。對工作面片幫煤壁施工注漿鉆孔，然后采用注漿泵對鉆孔內高壓注入馬麗散或聚氨酯化學粘合材料，使破碎煤壁進行重新粘合，從而提高煤壁整體穩定性。

（2）存在問題。采用單一的注漿材料進行煤壁粘接，注漿量大，成本費用高。而且單一注漿施工時化學材料可在煤體橫向煤巖體裂隙不斷擴散，對煤體橫向起到有效粘接作用，但是煤壁片幫主要受垂直剪切應力作用，使煤壁在縱向方向產生剝離破碎，而傳統單一注漿無法削弱剪切應力破壞作用，僅可對局部煤壁片幫起到維護作用。

3 柔性注漿加固技術應用

3.1 柔性注漿加固技術原理

柔性注漿加固技術主要在片幫破碎煤體施工加長鉆孔，并對鉆孔內安裝柔性棕繩，最后對鉆孔進行注漿施工，使棕繩在注漿作用下具有一定強度的剛性以及延展性，并與破碎煤體穩定附著實現全長錨固作用。柔性注漿加固技術實現了注漿對采動影響區煤壁橫向粘接作用，又實現了柔性棕繩對煤壁縱向垂直剪切應力破壞進行削弱作用，可對大面積深部片幫煤體起到有效的支護作用。

3.2 柔性注漿加固材料選擇

（1）柔性棕繩參數選擇。不同參數的棕繩延伸率及抗拉強度不同，目前國內煤礦采用的棕繩直徑主要有Ф18 mm、Ф21 mm 及Ф24 mm。通過對不同直徑的單位長度棕繩進行三次電液伺服拉力試驗發現：Ф18 mm 的棕繩在拉力作用下平均抗拉強度為37 MPa，延伸率為9.2%；Ф21 mm 的棕繩在拉力作用下平均抗拉強度為29 MPa，延伸率為8.4%；Ф24 mm 的棕繩在拉力作用下平均抗拉強度為59 MPa，延伸率為15%。為了適應大變形破碎片幫煤壁支護需求，決定選用Ф24 mm 的棕繩。

（2）注漿材料選擇。通過對204 工作面片幫煤體觀察發現，片幫煤體成鱗狀結構，煤體內裂隙發育充分，裂隙率達52%，裂隙最大延伸長度為1.4 m。為了實現煤壁快速粘接作用，并對裂隙區進行充分填充，決定選用聚氨酯化學材料粘合劑。

3.3 施工工藝

（1）首先采用手持式鉆機配套麻花鉆桿以及直徑為42 mm“八”字型鉆頭進行鉆孔施工。深度為8.0 m，鉆孔布置間距為3.0 m，鉆孔施工在距頂板1.5 m 處，鉆孔以10°仰角布置。

（3）鉆孔施工完后將柔性棕繩與注漿管捆綁送至鉆孔內，如圖1 所示。為防止漿液外漏，可采用紗布、砂漿對鉆孔進行封孔處理，最后采用2ZBQ40/11 型注漿泵進行煤體注漿施工，注漿壓力為3～5 MPa。

圖1 204 工作面片幫煤壁柔性注漿加固工藝施工示意圖

3.4 柔性注漿加固技術應用分析

通過對204 工作面采取柔性注漿加固技術進行片幫煤壁加固發現，該支護技術具有顯著應用優點及特點。

（1）柔性注漿加固技術與其他單一的錨桿支護或注漿支護相比，可通過注漿使柔性棕繩在煤體內形成全長錨固柔性支護體，能夠穩定的與煤巖體進行附著錨固，具有較強的延伸度及剛度。

（2）通過實際應用發現，在破碎片幫煤壁中棕繩的直徑越大，其延展性及剛度越強，抗拉強度越大，對片幫距大于2.0 m 的煤壁維護效果越好，能夠有效抑制煤壁片幫深度及片幫高度。

（3）與傳統支護相比，該支護技術既能防止縱向煤壁剪切破壞作用，又能對整體煤壁進行注漿加固作用，解決了傳統錨桿支護強度低等技術難題，具有顯著的防煤壁片幫作用。

4 結語

對工作面片幫煤壁采取柔性注漿加固技術后，通過現場觀察發現，經柔性注漿加固后煤壁在后期回采中片幫現象得到有效控制，最大片幫高度0.5 m，降低了70%；最大片幫深度為0.3 m，降低了86%，保證了工作面安全高效回采，取得了明顯成效。