突出煤層水力沖孔后采場片幫漏頂控制治理技術(shù)的探索和應(yīng)用

何曉軍 王玉嶺

（河南平禹煤電有限責任公司方山礦二1煤新井，河南許昌 461670）

1.礦井及采面概況

1.1 礦井概況

河南平禹煤電公司方山礦二1煤新井（以下簡稱方山新井）位于河南省禹州市西30km方山鎮(zhèn)，南距方山鎮(zhèn)約3km。方山新井主采二1煤層，二1煤自燃性等級為Ⅲ類，屬不易自燃煤層，二1煤層煤塵爆炸指數(shù)為15.06%，屬有爆炸危險的煤層，二1煤層屬于Ⅲ～Ⅳ類破壞煤體且為突出煤層，礦井為煤與瓦斯突出礦井，方山新井水文地質(zhì)類型為中等型，不受地溫條件影響，無沖擊地壓等影響。

1.2 二1-11061綜采面概況

二1-11061綜采面為放頂煤回采工藝，設(shè)計可采長度610m，傾斜長152m。二1-11061機巷、切眼沿煤層頂板施工，二1-11061風巷為采空區(qū)沿底施工。工作面煤層標高-18m～-53m，埋深479m～623m。該采面煤厚6.5m～11m，平均煤厚8m，煤層傾角平均為15°，煤層堅固性系數(shù)f為0.12～0.19，透氣性差，難以抽放?？刹蓛α?10萬噸。原始瓦斯含量5.7512m3/t～23.9m3/t，原始瓦斯壓力0.2MPa～0.62MPa，經(jīng)區(qū)域瓦斯治理后，實測區(qū)域內(nèi)煤層殘余瓦斯含量3.0891m3/t～5.5250m3/t，殘余瓦斯壓力0.01MPa。

2.突出煤層瓦斯治理

2.1 采面區(qū)域防突設(shè)計

礦井瓦斯治理路線為：穿層鉆孔全覆蓋預(yù)抽煤層瓦斯+水力沖孔卸壓增透措施進行區(qū)域瓦斯治理。即在底板巖石巷內(nèi)每5.5m施工一組穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯,鉆孔終孔間距5.5m，穿過煤層進入頂板至少0.5m，對每組穿層鉆孔全部進行水力沖孔，沖出煤量每米煤段不得少于1t。

2.2 區(qū)域防突措施實施

在二1-11061綜采面里300m共設(shè)計108組1502個穿層水力沖孔預(yù)抽鉆孔，實際共施工穿層水力沖孔鉆孔1681個，累計總進尺61899.5m，其中沖孔煤段21712m，沖出煤量22018.5t。

3.生產(chǎn)中采場存在問題

二1-11061采面采用綜采放頂煤回采工藝，突出煤層采用放頂煤工藝必須消除突出危險，否則嚴禁使用。因此，區(qū)域瓦斯治理工作必須做到“真打鉆，真沖孔，真消突”。為增加煤層的透氣性，擴大抽采半徑，進行了大量的水力沖孔，給煤體造成了破壞，煤體酥軟。煤層的上伏巖層也受到了一定影響。在生產(chǎn)過程中，割煤時煤壁片幫，拉架時頂板漏煤嚴重，有時還伴有大塊矸石，掩埋住割煤機，造成無法正常生產(chǎn)，給安全生產(chǎn)帶來極大隱患。周期來壓時，情況更甚。

4.煤體“四位一體”預(yù)注漿加固方案

4.1 煤體“四位一體”預(yù)注漿鉆孔設(shè)計

（1）由二1-11061采面上切眼口向外40m處，在二1-11061風巷下幫依次向外布置一組6個鉆孔，終孔間距10m。對二1-11061采煤上切眼向下20m～70m范圍頂板進行注漿加固，如圖1-Ⅰ孔。（2）由二1-11061采面下切眼口向外40m處，在二1-11061機巷上幫依次向外40m布置一組6個鉆孔，終孔間距10m。對二1-11061采煤下切眼向上20m～70m范圍頂板進行注漿加固，如圖1-Ⅱ孔。（3）二1-11061中間底板瓦斯抽采巷中，對卸壓抽采瓦斯?jié)舛鹊偷你@孔，改造成注漿孔，進行反壓漿處理，如圖1-Ⅲ孔。（4）二1-11061采煤切眼內(nèi)每3架施工一個預(yù)注鉆孔，孔深20m，傾角根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定，如圖1-Ⅳ孔。（5）二1-11061機風兩巷注漿鉆孔使用ZDY-7300L型全液壓坑道鉆機，采用φ94mm鉆頭配合φ73mm×1m三棱鉆桿進行施工。采用“兩堵兩注”囊袋式帶壓封孔工藝進行封孔，全孔長下鐵管。

圖1 預(yù)注漿鉆孔設(shè)計圖

4.2 預(yù)注漿技術(shù)標準

注漿管試驗壓力：10MPa；注漿壓力：5MPa；注漿前，必須對注漿管路進行檢驗、沖洗，確保管路暢通，然后對注漿管路進行耐壓試驗，試驗壓力穩(wěn)定在10MPa，持續(xù)時間不得低于30min，通過耐壓試驗合格后方可進行注漿。嚴格按照注漿順序進行注漿，孔口壓力達到設(shè)計壓力持續(xù)時間30min以上方可注漿結(jié)束。注漿結(jié)束后24h內(nèi)不得打開閥門，注漿完畢后要及時將管路沖洗干凈，以免堵塞管路[1]。

4.3 注漿施工方案

注漿系統(tǒng)選用地面注漿站，達到連續(xù)穩(wěn)壓的要求，注漿量供給滿足注漿加固需要。注漿材料選用普通硅酸鹽水泥；優(yōu)質(zhì)粉煤灰；白石灰；潔凈的非酸性水，按照比例進行混合配比（根據(jù)凝固時間和強度進行調(diào)整）?？卓谧{壓力達到5MPa，持續(xù)時間為30min以上，若發(fā)現(xiàn)巷道片幫、底鼓有大量跑漿的現(xiàn)象時，或者長時間不上壓時應(yīng)及時停止注漿，進行分析原因。

4.4 注漿安全技術(shù)保障

注漿施工過程中，注漿施工地點作業(yè)人員與地面注漿站工作人員要及時進行溝通聯(lián)系，保障注漿各工序均要同地面注漿站統(tǒng)一指揮下同步實施。注漿站操作人員要嚴守漿液配比標準，并根據(jù)現(xiàn)場情況及技術(shù)人員的要求及時調(diào)整漿液的比重等參數(shù)，并認真做好記錄。注漿過程中如發(fā)現(xiàn)鉆孔串漿、堵塞或鉆孔進漿量明顯較少時，應(yīng)立即停止注漿或改注其他鉆孔，并進行分析；當達到注漿結(jié)束標準，關(guān)閉孔口閥門卸下孔口高壓膠管，及時為下一個孔注漿做好準備，注漿結(jié)束的鉆孔24h內(nèi)不得打開閥門。注漿期間要巡視管路和巷道，嚴防管路漏漿或跑漿。注漿結(jié)束后，要及時將管路沖洗干凈，以免沉淀堵塞管路[2]。

5.結(jié)論

（1）通過對二1-11061采面“四位一體”預(yù)注漿加固煤體，有效解決了采面采場割煤期間的片幫問題，減輕了漏頂情況的發(fā)生，保證了割煤機連續(xù)正常的工作時間，減輕了工人的勞動強度，采面產(chǎn)量得到了大幅度提升，安全生產(chǎn)有了保障。（2）注漿采用的原材料來源廣，價格廉價，煤礦企業(yè)都能夠接受。（3）通過實踐證明，依次反復(fù)循環(huán)注漿，超前回采切眼約一個周期來壓步距，注漿材料能夠充分擠壓和凝固，效果較好。（4）注漿過程中，對漿液的稀稠濃度進行不斷調(diào)配，可以使大量的水進入煤體的裂隙中，起到了濕潤煤體降塵和避免煤體自燃的風險；注漿材料對煤體裂隙和頂板巖石裂隙進行了充填加固，增加了煤體強度，降低了片幫和漏頂?shù)娘L險。