綜采工作面煤體破碎原因分析及注漿加固技術(shù)研究

楊靜波

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉城事業(yè)部長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)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(dǎo)致工作面中有嚴(yán)重的礦壓顯現(xiàn)，這就使得在煤壁中多次發(fā)生冒頂、片幫等現(xiàn)象，對(duì)開采工作面的高效性、安全性造成限制[1]。在對(duì)某礦的S1303 工作面進(jìn)行回采時(shí)，因煤體較為破碎，注漿加固回風(fēng)巷左右兩側(cè)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(jìn)的長(zhǎng)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(cè)為該工作面[2]。使用W 型的全峰壓的“三進(jìn)一回”通風(fēng)方法，其中三進(jìn)指S1303輔助進(jìn)風(fēng)的進(jìn)風(fēng)巷、S1303 膠帶巷、S1303 輔運(yùn)巷，一回指S1303 回風(fēng)巷。且S1301 工作面之前的回風(fēng)巷就是S1303 輔助進(jìn)風(fēng)巷，當(dāng)S1301 工作面進(jìn)行回采時(shí)，要對(duì)柔膜混凝土墻進(jìn)行打設(shè)，該混凝土墻的作用是沿空留巷，此時(shí)S1303 是輔助進(jìn)風(fēng)巷。

當(dāng)對(duì)S1303 工作面進(jìn)行回采，且回采到107 m 處時(shí)，工作面的第190 號(hào)—210 號(hào)架會(huì)有冒頂、煤體片幫出現(xiàn)，然后再次進(jìn)行回采，就會(huì)有頂板與冒頂事故發(fā)生。因此，確保S1303 回風(fēng)巷的回風(fēng)斷面以及煤體所在該區(qū)域的穩(wěn)定性，并對(duì)其做好維護(hù)非常重要。鑒于此，目前需要對(duì)該工作面的第190 號(hào)—210 號(hào)架的頂板與煤墻進(jìn)行注漿加固，而且注漿加固所用的材料是化學(xué)材料，其作用是減少冒頂、煤墻片幫的現(xiàn)象發(fā)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(fēng)巷與S1303 輔助進(jìn)風(fēng)巷的斷面是5.2 m×3.6 m，而且二者的掘進(jìn)都是順著煤層的頂板來進(jìn)行的，圖1 是S1303 工作面的布置圖，從圖1 可以看出，S1303 回風(fēng)巷的左側(cè)就是200 號(hào)支架，現(xiàn)對(duì)頂板破碎的主要原因進(jìn)行分析。

圖1 S1303 工作面布置

1）在對(duì)S1301 工作面進(jìn)行回采的過程中，有破碎的煤體、收縮的兩幫、明顯的底鼓現(xiàn)象出現(xiàn)在S1303回風(fēng)巷中，這就說明，在這個(gè)區(qū)域中已經(jīng)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(shè)置到S1303 回風(fēng)巷，盡管這3 組支架相應(yīng)的前梁可以對(duì)頂板支撐的角度進(jìn)行調(diào)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(dāng)工作面繼續(xù)推進(jìn)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致漏頂、煤壁片幫現(xiàn)象出現(xiàn)。

3）當(dāng)對(duì)S1303 工作面進(jìn)行回采，并回采到88 m時(shí)，在該工作面的第193 號(hào)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(jī)尾，這就使該區(qū)域煤體發(fā)生破碎的程度更加嚴(yán)重。

3 注漿加固方案

在進(jìn)行注漿加固時(shí)，所選用的注漿材料是馬麗散2 號(hào)有機(jī)高分子雙液型（A/B 組份），所選用注漿材料的優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的黏結(jié)性、較高的強(qiáng)度、較強(qiáng)的滲透力、較好的流動(dòng)性，能夠?qū)τ衅扑榘l(fā)生的煤層與圍巖進(jìn)行加固[3]。

3.1 設(shè)置鉆孔參數(shù)

在S1303 回風(fēng)巷中，因?yàn)橛衅扑楝F(xiàn)象出現(xiàn)在回風(fēng)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(qū)的區(qū)域大概為10 m，鉆孔設(shè)計(jì)的深度是15 m，可以對(duì)有破碎發(fā)生的圍巖進(jìn)行加固，使注漿得以完成。

1）在對(duì)S1303 工作面的第190 號(hào)—210 號(hào)架區(qū)域中的所有煤墻進(jìn)行注漿時(shí)，每1 架所布置的鉆孔數(shù)量就是1 個(gè)，在煤墻上打設(shè)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(shù)量是21 個(gè)。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(dāng)注漿S1303 回風(fēng)巷兩邊的所有煤墻時(shí)，工作面與回采同向的20 m 區(qū)域則是注漿區(qū)域，在對(duì)煤墻打設(shè)鉆孔時(shí)，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(fēng)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(shù)量是22 個(gè)。S1303 回風(fēng)巷鉆孔布置圖如圖3 所示。

圖3 S1303 回風(fēng)巷鉆孔布置

3.2 注漿過程

1）注漿孔按照所設(shè)計(jì)孔進(jìn)行打設(shè)。

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(nèi)各插入1 根吸管，采用體積配料比例為1∶1 來進(jìn)行配料，由于氣馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，因?yàn)橛袎毫Γ栽辖?jīng)過活塞后直接進(jìn)到輸料管中，繼而輸送至注射槍中，注射槍會(huì)把原料直接射到注漿孔中，而后滲入到裂隙中，加快反應(yīng)速度，使加固得以實(shí)現(xiàn)。

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

5）注漿停止，用樹脂將混合槍與管路清洗干凈。

6）對(duì)注漿的鉆孔進(jìn)行更換，然后對(duì)除步驟1 之外的步驟進(jìn)行重復(fù)。

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(fēng)巷的兩邊與煤墻中一共布置43 個(gè)鉆孔，注漿液共使用15 t，通過對(duì)比圍巖注漿前后狀況，發(fā)現(xiàn)S1303 回風(fēng)巷兩邊煤體的整體性有顯著提高，在工作面的第190 號(hào)—210 號(hào)支架范圍內(nèi)，煤體片幫振幅有所降低，工作面的圍巖更加穩(wěn)定，確保了工作面回風(fēng)斷面的維護(hù)效果。

5 結(jié)論

1）為對(duì)工作面回風(fēng)斷面進(jìn)行維護(hù)，對(duì)導(dǎo)致工作面發(fā)生圍巖破碎的主要原因進(jìn)行分析，提出注漿加固破碎煤體方案，使煤體更加穩(wěn)定。

2）通過對(duì)回風(fēng)巷的兩邊與工作面煤墻的煤體進(jìn)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(yù)防工作面中冒頂、煤壁片幫現(xiàn)象的出現(xiàn)，使工作面回采更加高效與安全。