2108 綜采工作面注漿加固技術實踐應用

閆克明

（蒲縣應急管理局，山西 臨汾 041000）

1 2108 工作面概況

昊興塬煤業2108 工作面為一次采全高綜合機械化采煤工作面，工作面長度200 m，工作面煤層平均厚度3.0 m，工作面傾角0～4°。該工作面位于斷層影響區的120 號架至138 號架之間出現不同程度的漏頂現象。采用美固MP367 對支架前梁上方的破碎矸石及空洞進行粘結、填充處理，并對工作面煤幫和頂煤進行加固處理[1-3]。

2 注漿施工工藝

2.1 注漿材料

考慮到該工作面煤壁比較完好，只是工作面頂板比較破碎，且支架前梁上部矸石比較破碎，因此選擇滲透性好、黏結力強、強度高的加固材料對工作面頂板進行加固處理，并對支架前梁上部破碎矸石進行填充、粘結處理。加固材料選用強度高、強度發展快的加固材料，填充材料選用發泡速度快、發泡倍數大的充填材料，本次采用美固MP367 為加固和充填材料。美固MP367 是一種反應快、劇烈發泡的礦物泡沫樹脂，由兩種獨立成分構成，使用時按照1:1 的體積比混合。其特點：反應迅速（混合后20 s 后始發泡），發泡倍數大（發泡倍數為25至30 倍），對水不敏感（無須與水接觸發泡），在巖石潮濕環境下不影響材料性能，具有阻燃性和抗靜電性，反應溫度低（美固MP367 的反應溫度大約為95 ℃）。

2.2 注漿設備

本次注漿設備主要包括氣動注漿泵和注射混合槍。把設備垂直放平，放在安全且不影響通行的位置，并視注漿孔的情況把設備盡量放在利于多孔注漿的位置；連接風源，風源連接前應把風管中的雜物沖掉，并保證隨設備的移動風管亦應移動方便，或者移動設備后能就近接入風源；連接注漿管路，把兩根DN13 的高壓膠管分別連接到兩注漿缸體上，并用u 型卡固定牢靠；分別把兩個吸料管放入樹脂和催化劑的包裝桶，并在缸體上做好標記，再次施工，原吸料管也應同于上次的樹脂和催化劑的包裝桶；開動氣泵時兩種液體吸入缸體并從DN13 的高壓膠管中排出，持續開動氣泵幾分鐘，觀察注漿比例和吸料情況。氣動注漿泵主要的技術規格與技術要求包括混合比為1:1 或4:1，流量為8.4 L/min ，工作行程為120 mm，往復頻率為70 min-1，耗氣量為2 m3/min，額定壓力為12.5 MPa，最大出口壓力為21 MPa。雙液化學注漿系統設備布置圖如圖1，氣動注漿泵及其主要參數如圖2。

圖1 雙液化學注漿系統設備布置圖

圖2 氣動注漿泵及其主要參數

2.3 注漿方案

2108 工作面120 號架至138 號架之間受斷層影響，造成該段出現不同程度的漏頂現象，因此需要對該段支架前梁上部空間進行填充處理，并對支架前梁斜上部冒落體進行粘結處理。

注漿孔布置：在2108 工作面120～138 號架頂板下方0.3～0.5 m 左右與底板成25°角、孔間距3 m、注漿孔4 m 左右（前段3 m 為注射花管），支架前梁后1 m 左右成40°角、孔間距3 m、注漿孔6 m左右（前段3 m為注射花管）向工作面頂板加固注漿。

由于目前工作面125～132 號架支架前梁上部為破碎冒落體且局部存在空洞，因此對該破碎冒落體及空洞進行粘結、填充處理。每兩架布置一個注漿孔，注漿孔最深2 m（前1 m 為注射花管）。工作面注漿布置平面圖和剖面圖如圖3。

圖3 工作面注漿布置平面圖和剖面圖

3 施工效果及效益分析

2108 工作面漏頂區注入5.2 t 美固MP367 材料，注漿改造期為10 d，通過注漿加固，頂板得到了有效控制，工作面得以順利推進。與傳統人工排木垛、挑梁處理工作面冒頂的方法（約25 d）相比，壓縮施工時間15 d，雖然直接材料成本有所提高，但工作面能提前半個月生產，當月產量達到4.5 萬t，而且處理漏頂作業的安全性得到大幅提高，其技術經濟效益明顯。

3.1 效果分析

（1）穩定性。美固MP367 注漿材料是一種新技術的推廣，它是由樹脂和催化劑基本成分組成，注入煤巖層幾秒鐘后，經過化學反應生產的聚亞膠脂產品開始膨脹，對圍巖松動圈裂隙進行充填，對破碎松散體進行粘結，使之成為一個整體，提高圍巖的穩定性和抗壓能力。

（2）安全性。沒有使用注漿材料前，該漏頂區的頂板是破碎巖體，頂板、幫部煤體松軟，人工裝頂安全威脅大。注漿后，頂板的松散巖層粘連在一起，狀態良好，未發生二次漏頂及其他衍生事故，保證了施工作業現場的安全。

（3）時效性。沒有使用注漿材料前，由于頂板碎石較多，推溜拉架困難，支架無法向前推進，共發生4 次工作面片幫事故，片幫范圍最長段12 架，嚴重影響了工作面的安全生產。注漿后，破碎煤巖體整體性形成后，工作面在出貨時頂板不再漏貨，為工作面生產快速恢復提供了強有力的保證。

3.2 效益分析

通過使用美固MP367 注漿材料前、后產量統計分析：2108 工作面在注漿后產量較注漿前平均增加5 刀/d，即每天多出煤1500 t（300t/刀）；噸煤利潤按210 元計算，則每天凈增31.5 萬元；多產出效益315 萬元，工作面注入美固MP367 材料5.2 t，單價3.0 萬元/t，再加上注漿配件使用費用等，需發生費用20 萬元，實際多產出效益295 萬元，其經濟效益明顯。

4 結 論

開采實踐表明，美固MP367 材料能夠及時粘結、加固松動破碎的煤巖層，注漿加固漏頂區、空洞區域時沒有發生大面積抽漏現象，達到了預期的頂板控制效果，實現了安全回采。與傳統人工排木垛、挑梁處理工作面冒頂的方法相比，該方法壓縮施工時間15 d，注漿材料前、后產量統計分析，實際多產出效益295 萬元，其產生的經濟效益明顯。