綜采工作面煤體破碎原因分析及注漿加固技術研究

楊靜波

（晉能控股煤業集團晉城事業部長平煤業有限責任公司， 山西 高平 048006）

在綜采工作面中，由于跨落帶高度的增加，導致工作面中有嚴重的礦壓顯現，這就使得在煤壁中多次發生冒頂、片幫等現象，對開采工作面的高效性、安全性造成限制[1]。在對某礦的S1303 工作面進行回采時，因煤體較為破碎，注漿加固回風巷左右兩側煤體，能夠保障工作面回采的安全性。

1 工程概述

在S1303 綜采工作面中，其煤層的平均厚度是6.3 m，切眼與推進的長度分別是357 m、1 234 m，所使用的采煤法是一次采全高的放頂煤法，采高高度為3.2 m。S1301 工作面的南側為該工作面[2]。使用W 型的全峰壓的“三進一回”通風方法，其中三進指S1303輔助進風的進風巷、S1303 膠帶巷、S1303 輔運巷，一回指S1303 回風巷。且S1301 工作面之前的回風巷就是S1303 輔助進風巷，當S1301 工作面進行回采時，要對柔膜混凝土墻進行打設，該混凝土墻的作用是沿空留巷，此時S1303 是輔助進風巷。

當對S1303 工作面進行回采，且回采到107 m 處時，工作面的第190 號—210 號架會有冒頂、煤體片幫出現，然后再次進行回采，就會有頂板與冒頂事故發生。因此，確保S1303 回風巷的回風斷面以及煤體所在該區域的穩定性，并對其做好維護非常重要。鑒于此，目前需要對該工作面的第190 號—210 號架的頂板與煤墻進行注漿加固，而且注漿加固所用的材料是化學材料，其作用是減少冒頂、煤墻片幫的現象發生。

2 工作面頂板破碎原因分析

在S1303 工作面中，使用無煤柱回采，S1303 回風巷與S1303 輔助進風巷的斷面是5.2 m×3.6 m，而且二者的掘進都是順著煤層的頂板來進行的，圖1 是S1303 工作面的布置圖，從圖1 可以看出，S1303 回風巷的左側就是200 號支架，現對頂板破碎的主要原因進行分析。

圖1 S1303 工作面布置

1）在對S1301 工作面進行回采的過程中，有破碎的煤體、收縮的兩幫、明顯的底鼓現象出現在S1303回風巷中，這就說明，在這個區域中已經有煤體被破壞，而且屬于塑性破壞，再加上要回采的S1303 工作面煤體深度是50 m，由于工作面再次工作所帶來的壓力，給這50 m 的煤體帶來的破壞力度有所加重。

2）將綜采放頂煤支架ZF8500/22/42 使用到S1303工作面中，該支架支撐的最大高度是4.2 m，工作面煤層的平均厚度是6.3 m。將3 組支架設置到S1303 回風巷，盡管這3 組支架相應的前梁可以對頂板支撐的角度進行調整，但也不能提供有效的支撐力，這就造成巷道兩幫的煤體承受了傳遞過來的頂板壓力，當工作面繼續推進時，就會導致漏頂、煤壁片幫現象出現。

3）當對S1303 工作面進行回采，并回采到88 m時，在該工作面的第193 號架位置處有正斷層被揭露出來，而且高度是1 m，正斷層一直延伸至機尾，這就使該區域煤體發生破碎的程度更加嚴重。

3 注漿加固方案

在進行注漿加固時，所選用的注漿材料是馬麗散2 號有機高分子雙液型（A/B 組份），所選用注漿材料的優點是具有較強的黏結性、較高的強度、較強的滲透力、較好的流動性，能夠對有破碎發生的煤層與圍巖進行加固[3]。

3.1 設置鉆孔參數

在S1303 回風巷中，因為有破碎現象出現在回風巷兩邊的煤體中，所以在兩邊煤體中布置了鉆孔，且有工作面超前支撐壓力的存在而作用到鉆孔，塑性區的區域大概為10 m，鉆孔設計的深度是15 m，可以對有破碎發生的圍巖進行加固，使注漿得以完成。

1）在對S1303 工作面的第190 號—210 號架區域中的所有煤墻進行注漿時，每1 架所布置的鉆孔數量就是1 個，在煤墻上打設鉆孔，而且煤墻與鉆孔所成的角度是90°，鉆孔的深度是15 m，底板和開孔處保持1.5 m 的距離，其鉆孔的直徑是42 mm，而且孔與孔之間的距離是1.5 m，所布置的鉆孔數量是21 個。工作面注漿鉆孔布置圖如圖2 所示。

圖2 工作面注漿鉆孔布置

2）當注漿S1303 回風巷兩邊的所有煤墻時，工作面與回采同向的20 m 區域則是注漿區域，在對煤墻打設鉆孔時，二者所成的角度是90°，孔和孔之間的距離是2 m，其高度和回風巷的頂板保持1.5 m 的距離，鉆孔的深度是15 m，其直徑是42 mm，所布置的鉆孔數量是22 個。S1303 回風巷鉆孔布置圖如圖3 所示。

圖3 S1303 回風巷鉆孔布置

3.2 注漿過程

1）注漿孔按照所設計孔進行打設。

2）組裝多功能泵及其附件，并固定好注射槍，在距離孔口約2 m 位置處安裝封孔器。

3）注漿開始，在A/B 料內各插入1 根吸管，采用體積配料比例為1∶1 來進行配料，由于氣馬達的轉動而帶動活塞運動，因為有壓力，所以原料經過活塞后直接進到輸料管中，繼而輸送至注射槍中，注射槍會把原料直接射到注漿孔中，而后滲入到裂隙中，加快反應速度，使加固得以實現。

4）專用氣泵在工作時，若其工作壓力在7 MPa 以上，就要對氣泵實時工作情況進行觀察，若氣泵的壓力一直上升，并上升至接近10 MPa 時，就可以結束注漿。

5）注漿停止，用樹脂將混合槍與管路清洗干凈。

6）對注漿的鉆孔進行更換，然后對除步驟1 之外的步驟進行重復。

7）完成注漿之后，用沖洗劑將多功能泵與多功能泵的附件沖洗干凈。

4 注漿成效

在這次注漿中，S1303 回風巷的兩邊與煤墻中一共布置43 個鉆孔，注漿液共使用15 t，通過對比圍巖注漿前后狀況，發現S1303 回風巷兩邊煤體的整體性有顯著提高，在工作面的第190 號—210 號支架范圍內，煤體片幫振幅有所降低，工作面的圍巖更加穩定，確保了工作面回風斷面的維護效果。

5 結論

1）為對工作面回風斷面進行維護，對導致工作面發生圍巖破碎的主要原因進行分析，提出注漿加固破碎煤體方案，使煤體更加穩定。

2）通過對回風巷的兩邊與工作面煤墻的煤體進行注漿加固，能夠填充煤體中存在的裂隙，使煤體更具整體性，且能夠預防工作面中冒頂、煤壁片幫現象的出現，使工作面回采更加高效與安全。