水峪煤業(yè)綜放工作面過(guò)斷層注漿加固技術(shù)研究

張 浩

（汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300）

斷層是我國(guó)井工煤礦最為常見(jiàn)的地質(zhì)構(gòu)造，有的工作面回采期間將揭露十幾條甚至幾十條大小不一的斷層，對(duì)工作面安全生產(chǎn)影響較大，一是造成推采速度的放緩，采煤效率降低；二是造成異常的礦壓顯現(xiàn)，給安全工作造成較大威脅。對(duì)于落差較小的普通斷層，采取平推硬過(guò)的方式即可順利推過(guò)，而對(duì)于落差較大、導(dǎo)通含水層、煤巖破碎的特殊斷層，則需要采取更為有效的過(guò)斷層措施，如實(shí)施全巖段爆破作業(yè)、斷層帶注漿、漏冒區(qū)馬麗散封堵等[1-2]。針對(duì)水峪煤業(yè)6115 綜放工作面過(guò)F14 斷層期間的頂板控制難題，設(shè)計(jì)采用注漿措施加固斷層帶內(nèi)的破碎煤巖，配合合理的推采工藝及頂板支護(hù)措施，確保工作面安全推過(guò)F14 斷層。

1 工程概況

水峪煤業(yè)是汾西礦業(yè)集團(tuán)的主力礦井，核定生產(chǎn)能力為400 萬(wàn)t/a。6115 工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤工藝回采，采放比為1∶1.65，全部垮落法管理頂板，主采10#+11#煤層，煤層平均厚度7.7 m，平均傾角6°。工作面為雙巷布置，材料順槽進(jìn)風(fēng)，運(yùn)輸順槽回風(fēng)，工作面傾向長(zhǎng)度160 m，走向長(zhǎng)度1 320 m。工作面頂?shù)装鍡l件為：有平均厚度0.3 m 的偽頂，頁(yè)巖巖性；平均厚度8 m 的直接頂，灰?guī)r巖性；平均厚度11 m的老頂，泥巖巖性；平均厚度2.5 m 的直接底及平均厚度4.2 m 的老底，泥巖、炭質(zhì)泥巖巖性。工作面中部選用ZF4000/14.5/29 型支撐掩護(hù)式液壓支架，最小支撐高度1.45 m，最大支撐高度2.9 m，支架中心距1.5 m，額定工作阻力4 000 kN，初撐力不低于26 MPa，泵站供液壓力為31.5 MPa，安全閥開(kāi)啟壓力為35 MPa。

在地質(zhì)構(gòu)造方面，6115 工作面最為典型的特征就是斷層多，整個(gè)工作面范圍內(nèi)大小斷層十幾條，斷層落差在2.7 m 以上的有三條，最大落差在5.3 m。由于工作面本身頂板條件較差，泥巖老頂垮落后不易形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致更多的上部載荷需要由“支架—圍巖”系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)。在更大的載荷作用下，礦壓顯現(xiàn)作用更為明顯，本就十分破碎的斷層帶及端面煤巖體更為破碎，如果此時(shí)工作面支護(hù)不及時(shí)，或液壓支架故障率高、位態(tài)差，就會(huì)造成支護(hù)效果不佳，甚至引發(fā)端面冒頂事故。在工作面之前回采期間，就發(fā)生過(guò)嚴(yán)重的冒頂事故，最大冒高達(dá)到3 m，冒頂范圍大、影響嚴(yán)重，處理周期達(dá)6 d，冒頂片幫情況，如圖1 所示。

2 斷層破碎帶注漿加固方案設(shè)計(jì)

2.1 注漿加固方案設(shè)計(jì)原則[3-5]

F14 斷層落差4.5 m，逆斷層，沿工作面走向方向向前延伸，走向影響范圍達(dá)50 m，傾向方向影響范圍自運(yùn)輸巷向內(nèi)0～50 m，揭露的斷層線較為破碎。為了提高斷層帶頂板的完整性，設(shè)計(jì)使用注漿的方式加固斷層帶內(nèi)的破碎煤巖。整個(gè)注漿工作分兩部分，一是在回采巷道內(nèi)實(shí)施超前注漿加固，二是在工作面液壓支架前方實(shí)施輔助注漿加固。整個(gè)注漿工作的原則是通過(guò)注漿提高斷層帶采場(chǎng)圍巖的完整性，避免工作面揭露斷層后因煤巖破碎造成的大范圍的嚴(yán)重冒頂片幫事故，同時(shí)，應(yīng)盡可能減小注漿工作對(duì)生產(chǎn)的影響。

2.2 巷道內(nèi)超前注漿方案設(shè)計(jì)

采煤工作面超前預(yù)注漿加固頂板技術(shù)是通過(guò)地質(zhì)勘探手段精準(zhǔn)探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造、頂板異常區(qū)后，根據(jù)不同類型地質(zhì)構(gòu)造在進(jìn)、回風(fēng)兩順槽相應(yīng)位置設(shè)計(jì)施工不同孔深、間距等參數(shù)的深孔，并采用水泥加水玻璃、超細(xì)水泥等材料進(jìn)行超前預(yù)注漿加固，覆蓋整個(gè)地質(zhì)預(yù)測(cè)異常的頂板破碎區(qū)域，提高煤壁、頂板完整性和強(qiáng)度，減少片幫、冒頂，從而加快工作面推進(jìn)速度。設(shè)計(jì)在工作面運(yùn)輸巷內(nèi)對(duì)即將推過(guò)的F14 斷層帶進(jìn)行注漿加固，注漿范圍在工作面1070～1170 里程標(biāo)范圍內(nèi)，對(duì)約100 m 的斷層破碎帶實(shí)施鉆孔注漿。設(shè)計(jì)鉆孔孔深介于25～50 m，鉆孔間距3 m，鉆孔孔徑為Φ36 mm，鉆孔開(kāi)孔位于距離底板1 m 處，按照8°傾角向上打設(shè)，鉆孔布置如圖2 所示。注漿材料為水泥漿、水玻璃雙液漿，孔口注漿壓力6～8 MPa，設(shè)計(jì)封孔長(zhǎng)度為3 m。

圖2 巷道內(nèi)超前注漿方案鉆孔布置示意圖

2.3 工作面架前輔助注漿方案設(shè)計(jì)

工作面輔助注漿主要在應(yīng)急狀況下使用，推采過(guò)程中一旦發(fā)現(xiàn)超前注漿效果不佳、頂板破碎嚴(yán)重、有漏冒風(fēng)險(xiǎn)，或者已經(jīng)發(fā)生漏冒事故，就需要實(shí)施架前輔助注漿。基于馬麗散注漿材料的膨脹及速凝特性，設(shè)計(jì)使用馬麗散注漿方案進(jìn)行架前輔助注漿。馬麗散注漿液在注漿泵的壓力下可沿煤巖層裂縫延展，對(duì)破碎巖體裂隙進(jìn)行填充，同時(shí)遇水還可以繼續(xù)膨脹并對(duì)裂隙、空隙進(jìn)行二次滲壓，達(dá)到止漏目的，并將碎巖石進(jìn)行膠結(jié)，形成穩(wěn)定的巖體結(jié)構(gòu)，具備承載上部荷載的能力，提高端面煤巖體的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)在頂板破碎或漏冒區(qū)域支架前方及上方實(shí)施馬麗散注漿加固，注漿孔雙排布置，下方鉆孔在支架前梁以下1m 處斜向上方打設(shè)，上放鉆孔在煤壁與頂板夾角處斜向上方打設(shè)，仰角設(shè)計(jì)為30°，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況稍作調(diào)整。設(shè)計(jì)注漿鉆孔孔深6 m，鉆孔間距4 mm，封孔1.5 m，鉆孔直徑38 mm。在注漿漿液的配比方面，設(shè)計(jì)按照體積比1∶1、質(zhì)量比1∶1.17 配置馬麗散樹(shù)脂和催化劑，控制注漿壓力范圍為8～12 MPa，注漿量根據(jù)頂板破碎程度或漏冒程度進(jìn)行決定。

3 工業(yè)性試驗(yàn)及效果分析

按照設(shè)計(jì)的巷道超前注漿方案，共施打了36 個(gè)鉆孔，其中可用鉆孔32 個(gè)，可用率89%，使用2TGZ-60型注漿泵進(jìn)行注漿，共計(jì)注入23 t 水泥漿，鉆孔施工及注漿共計(jì)用時(shí)5 d，因在工作面巷道內(nèi)實(shí)施，對(duì)正常作業(yè)循環(huán)影響不大。除巷道注漿，在工作面推采過(guò)程中，還實(shí)施了2 次架前馬麗散輔助注漿，1 次是發(fā)現(xiàn)巷道注漿滲透性差、架前頂板破碎后實(shí)施的主動(dòng)注漿，馬麗散注漿加固效果較好；另一次是工作面漏頂后的補(bǔ)救注漿，實(shí)施馬麗散注漿后，立即實(shí)施架前護(hù)頂、護(hù)幫臨時(shí)支護(hù)，并對(duì)工作面機(jī)道內(nèi)煤矸進(jìn)行清理，具備生產(chǎn)條件后向前推進(jìn)，注漿及處理煤矸用時(shí)2 個(gè)生產(chǎn)班，在經(jīng)過(guò)5 個(gè)割煤循環(huán)后，采煤機(jī)已割至前方完整煤體，未發(fā)生新的冒頂事故，安全生產(chǎn)得到了保障。

4 結(jié)語(yǔ)

介紹了6115 工作面的工程概況，分析了其頂板控制難點(diǎn)及過(guò)斷層期間發(fā)生過(guò)的冒頂事故情況，并設(shè)計(jì)了工作面過(guò)F14 斷層的巷道內(nèi)超前注漿方案及工作面架前輔助注漿方案，實(shí)施了現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐，有效解決了工作面過(guò)斷層期間的端面煤巖體破碎問(wèn)題，規(guī)避了可能發(fā)生的大范圍冒頂片幫事故，對(duì)過(guò)斷層期間發(fā)生過(guò)得一次漏頂事故也實(shí)施了及時(shí)而有效的補(bǔ)救注漿措施，注漿效果得到驗(yàn)證，安全生產(chǎn)得到保障。