近距離煤層掘進工作面超前注漿加固技術應用

韓春陽 ，王文擎

（1.山西晉煤洪洞晉圣榮康煤業有限公司，山西 洪洞 041600；2.山西汾西礦業兩渡煤業公司，山西 靈石 031302）

1 工程概況

洪洞某煤業公司為資源整合礦井，井田范圍從上往下賦存有9、10 號煤，屬于近距離煤層群。 9、10號煤層位于太原組下段上部，屬于近水平煤層。9 號煤層厚度0.82～1.30 m，平均1.04 m，不含夾矸，結構簡單，厚度變化不大；頂板以石灰巖、泥巖為主；底板以泥巖為主，個別鉆孔為砂質泥巖、粉砂巖、細粒砂巖。 9 號煤層為可采的穩定煤層，大部分被小窯采空。 10 號煤層位于太原組下段上部，上距9 號煤層間距為2.03～6.97 m，平均4.89 m；煤層厚度1.65～2.80 m，平均2.19 m，含0～1 層夾矸，夾矸結構簡單－較簡單，厚度變化不大；頂板以泥巖為主，底板以粉砂巖為主。 10 號煤層為可采的穩定煤層，采用一次采全高綜采機械化采煤工藝。 礦井水文地質類型為簡單—中等。 9 號煤層早期被小窯破壞嚴重，頂板冒落后，與底板復合形成軟弱的10 號煤頂板，裂隙發育；另外大部分采用房柱開采，原始回采、掘進資料難以收集。 在開采10 號煤時，布置采區膠帶運輸巷沿10 號煤頂板掘進； 掘進工作面遇空巷、冒頂事故頻發；原先采用錨網噴支護無法滿足要求，改為U 形棚支護，冒頂區采用木垛構頂，安全隱患大。 掘進巷道揭露的采空區積存有上層裂隙水，威脅現場施工人員安全，淋水降低施工質量、加大施工難度。

10 號煤采區膠帶巷掘進遇到前方頂板巖層軟弱、破碎問題，并伴有少量滲水。 巷道掘進斷面19 m2，凈斷面17.9 m2，凈寬5.2 m；采用炮掘工藝，錨網噴支護。 探討近距離煤層下組煤掘進破碎頂板注漿加固技術具有十分重要的現實意義。

2 注漿加固技術機理分析

1）頂板注入水泥—水玻璃漿液，固結形成網絡骨架膠結體，封堵圍巖弱面、裂隙，封閉頂板和兩幫的圍巖，防止圍巖風化。

2）注入漿液有效的使破碎巖塊膠結成整體，增加巖體黏聚力；采用錨噴網支護，頂板形成拱架結構，提高頂板整體的抗剪切能力。3）疏干上部采空區積水后，在破碎頂板、兩幫注漿，能有效封堵上層采空區積水裂隙孔洞，降低采空區水軟化巖石，增強圍巖抗壓、抗變形能力，使圍巖形成整體，提高工作面防治水能力[1]。

3 預注漿技術方案

3.1 材料的選擇

考慮到井下惡劣作業環境和不污染地下水的原則，注漿液選用水泥—水玻璃雙液注漿法[2]，可有效超前加固破碎頂板及幫部的巖體，也能有效治理斷層、破碎帶及陷落柱等導水滲透水、冒頂，同時封堵巖層中含水裂隙通道。

3.2 注漿工藝

預注漿工藝在鉆眼爆破前進行，采取如下工藝流程：架設支護→安裝鉆孔設備→鉆注漿孔→安注漿管、配漿液→注漿→清理→掘進[3]。其中重點工藝具體分述如下：

（1）鉆孔。 按圖1 在膠帶巷拱部均勻布置注漿鉆孔，間距控制在500 mm，鉆孔直徑80 mm，仰角50°，鉆孔深度為8.0 m，前后注漿孔疊加3.0 m；注漿壓力控制以能夠克服裂隙阻力為目的，一般為3.0～5.0 MPa。

（2）配漿。 漿液由P.O42.5 普通硅酸鹽水泥和模數為24 的水玻璃配成，按水、水泥漿、水玻璃的體積比為1:4:1。 先加水后再加水泥， 最后加水玻璃，攪拌均勻，攪拌3～5 min 注漿，在注漿池內仍要不停地攪拌。

（3）注漿。 首先用清水試注漿泵及注漿管路、攪拌機，檢查套管接頭，安裝高壓閘閥和防噴裝置，用注漿泵向孔內壓稠漿，直至壓力不小于3.0 MPa 且管四周充滿漿液為止，穩壓時間不少于30 min。

圖1 采區膠帶巷注漿孔布置

4 加固效果分析

選擇受小窯破壞區的10 號煤層巷道超前預注漿和未超前預注漿地段監測頂板、 兩幫變形量情況，每隔5 天設置觀測一次。 巷道掘進支護后頂板注漿前最大的下沉量由300 mm 降為150 mm，說明超前注漿加固技術夠有效的提升頂板的抗彎強度，使巷道圍巖形成完整體，降低頂板變形量，見圖2。

圖2 采區膠帶巷頂板下沉量統計

5 結語

通過對近距離煤層下層掘進巷道頂板預注漿加固技術的應用，得出如下經驗：

1）超前預注漿技術能夠有效的提升頂板的抗彎強度、抗剪能力和抗壓承載能力，使巷道圍巖形成完整體，降低冒頂事故的發生。

2）相比木垛接頂施工，注漿工藝安全、簡單，降低人員勞動強度，坑木消耗少，降低火災發生頻率，改善安全條件。

3）能夠有效增加巷道單進量，實現快速掘進的目的。 原過破碎區采用U 型鋼棚+木垛聯合支護方式，掘進速度平均75 m/月；而采用預注漿加固技術后，巷道過破碎區采用錨網噴支護，局部破碎帶采用U 型鋼棚支護方式， 巷道掘進速度可達115 m/月。注漿成本為1 000 元/m，可以有效的防止冒頂和淋水，減少相應的處理費用，經濟社會效益可觀。