黑龍煤業(yè)2103 綜采放頂煤工作面注漿加固過空巷技術應用

武 濤

（潞安化工集團蒲縣黑龍煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041204）

1 工程概況

潞安集團黑龍煤業(yè)2103 綜采放頂煤工作面回采9+10+11 號煤，9 號煤層均厚0.8 m，10+11 號合并煤層均厚4.8 m，9 號煤層與10+11 號煤層間夾矸均厚1.6 m。工作面地面位于毛家溝村南220 m，東側為一采區(qū)三條開拓大巷，北側為實體煤，南面是已采2101 工作面，與原2101 回風順槽之間保護煤柱30 m。所采煤層與上水平2 號煤層之間垂直距離109 m，工作面為走向布置，切眼長度190.5 m，可采長度655 m，如圖1。2103 綜放工作面回采過程中需穿越舊采破壞區(qū)，進入該區(qū)域后工作面頂板圍巖破碎，膠帶巷圍巖失穩(wěn)破壞。為保障工作面的安全高效生產，設計采用超前注漿充填、加固技術。

圖1 2103 工作面巷道布置詳情

2 注漿鉆孔布置方案

2.1 工作面注漿孔布置

工作面破碎圍巖注漿深度10～15 m，孔徑Φ45 mm，工作面?zhèn)让罕谄扑閲鷰r注漿孔終孔垂直高度高于巷道頂板1.0 m，沿工作面煤壁每隔5 m 在煤幫破碎地段布置1 個注漿孔，鉆孔直徑45 mm，注漿孔布置在11 號煤層底板向上1.3 m 處，垂直于工作面煤壁以仰角9°進行打眼，采用可接鉆桿進行打眼，之后套入注漿套管進行注漿。注漿孔布置如圖2。

圖2 工作面注漿鉆孔布置示意圖（m）

2.2 2103 膠帶巷實體煤幫注漿孔布置

沿順槽走向每隔5 m 在煤幫破碎地段布置2 個注漿孔，鉆孔直徑45 mm。一個注漿孔布置在底板往上1.3 m 位置，仰角5°，鉆孔深度6 m；另一個注漿孔布置在頂梁往下0.5 m 位置，仰角20°，鉆孔深度6 m。注漿孔內埋入注漿鐵管，注漿管長3 m，外徑Φ40 mm，內徑Φ35 mm，一端過絲，注漿孔位置、角度可以根據現(xiàn)場實際情況變化隨時調整。注漿孔布置如圖3。為了保證破碎圍巖注漿效果，需要提前對順槽注漿范圍內注漿側實體煤幫頂板松散破碎地段用工程板、木楔、編織袋等材料進行封堵。煤幫比較完整地段，通過調整漿液濃度等手段及時封堵漏漿，達到控制冒漿、漏漿的效果。

圖3 2103 膠帶巷注漿孔布置示意圖（m）

3 注漿材料及注漿工藝

注漿材料選用鋁基高固水注漿材料，鋁基高固水注漿材料主要由A、B 兩種主要骨料構成[1-2]，A、B 兩種組分以1:1 比例配合使用，材料本身無毒、無害、無腐蝕性。各種材料在干燥的條件下保質期為5 個月，強度可據需要進行調整，滿足注漿要求。其具有體積應變較小、凝結時間易調、輸送距離不受限制等優(yōu)點，材料固體不收縮，具有微膨脹性。鋁基高固水注漿材料壓縮性能較好，再生強度高，含水率可達86%～99%，7 d 強度可達到最終強度的95%以上。

泵站布置在2103 膠帶巷距注漿點不大于100 m處，采用ZBYSB180/15-22 型煤礦用液壓注漿泵。A 料配1 個攪拌桶，B 料配1 個攪拌桶，攪拌桶規(guī)格：外徑1.26 mm，內徑1.24 mm，凈高1.25 m，水位高度0.95 m。材料堆放場地布置在攪拌桶附近，輸液管路均采用內徑32 mm 的高壓膠管，能夠承受最大壓力為15 MPa，膠管長度為高壓泵站與充填點之間距離的2 倍，2 個攪拌桶分別接通一路16#高壓膠管進行供水，攪拌桶上方搭設操作平臺便于上料。

注漿作業(yè)工序：

（1）運料。當日所需注漿材料通過軌道巷運至材料存放處，A 料、B 料分開放置。

（2）制漿。在A 料攪拌桶和B 料攪拌桶分別放入適量的材料和水進行攪拌。

（3）注漿：標記鉆孔點位→鉆孔作業(yè)→檢查鉆孔質量→安裝注漿管→封孔→注漿→檢驗鉆孔。

① 標記鉆孔點位：按照注漿設計方案及現(xiàn)場實際情況確定鉆孔位置。

② 鉆孔作業(yè)：采用礦用風動鉆機配合專用注漿鉆桿在工作面垂直煤幫施工注漿鉆孔，孔徑45 mm。

③ 檢查鉆孔質量：鉆孔施工完成后，認真檢查是否存在塌孔、歪斜等質量問題，合格后方能進入下一道工序。

④ 安裝注漿管：將注漿管裝入合格的注漿孔。

⑤ 封孔：利用專用封孔材料將注漿管和孔壁間隙進行封堵。

⑥ 注漿：首先將注漿泵、攪拌桶、注漿管通過橡膠管路連接好，然后進行清水注漿檢查管路的密封性、連接效果，待管路不存在漏液、錯接等問題后，通過各自管路分別將A、B 料通過注漿泵注入注漿孔內。

⑦ 檢驗鉆孔：在相鄰注漿孔之間靠頂板大約50 cm 處以仰角12°沿注漿孔方向鉆孔檢驗注漿效果，如果效果達不到要求，必須進行二次注漿。

4 應用效果分析

4.1 工作面礦壓顯現(xiàn)特征

2103 工作面采用上述方案對前方空巷進行充填加固后，回采期間在液壓支架上安裝監(jiān)測儀器[3-4]，整理得到靠近2103 膠帶巷一側液壓支架工作阻力的變化規(guī)律，展示較典型的結果如圖4 所示。工作面進入和通過空巷影響區(qū)（長度150 m）時，液壓支架工作阻力在合理范圍內波動起伏，未發(fā)現(xiàn)劇增或驟減等現(xiàn)象，周期來壓時液壓支架工作阻力為8400 kN 左右，液壓支架額定工作阻力10 000 kN，未出現(xiàn)超出其荷載能力的現(xiàn)象，表明注漿充填加固后，工作面頂板完整性、穩(wěn)定性良好。

圖4 液壓支架工作阻力變化規(guī)律

4.2 2103 運輸巷礦壓顯現(xiàn)特征

2103 工作面回采期間，在空巷附近的運輸巷內布置測點監(jiān)測其頂板下沉量及注漿加固實體煤幫變形量，整理得到其位移量變化規(guī)律如圖5 所示。巷道頂板及實體煤幫在超前工作面約35 m 時開始變大，在距工作面35～10 m 期間，頂板和煤幫變形量基本呈直線型穩(wěn)步緩慢增大，距工作面約10 m時，變形速度明顯加快。最終頂板下沉量最大值為72～143 mm，實體煤幫內移量最大值103～201 mm，巷道表面整體變形量較小，能夠滿足其正常使用要求，工作面順利通過空巷影響區(qū)域。

圖5 巷道表面變形規(guī)律

5 結語

依據2103 工作面前方空巷賦存特點，設計采用鋁基高固水注漿材料對老空巷進行注漿充填、加固，對采煤工作面及膠帶巷實體煤幫進行注漿孔設計。注漿改造后工作面回采經過空巷影響區(qū)，液壓支架工作阻力未出現(xiàn)突變現(xiàn)象，周期來壓時液壓支架工作阻力約為8400 kN，未出現(xiàn)超出其荷載能力的現(xiàn)象，回采巷道頂板下沉量最大值為72～143 mm，實體煤幫內移量最大值103～201 mm，工作面順利通過空巷影響區(qū)域。