陶二煤礦工作面超前頂板注漿技術(shù)研究與應(yīng)用＊

劉 凱 周洪文 楊子華 李曉虎

（1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北省武漢市，430070；2.冀中能源邯礦集團(tuán)陶二煤礦，河北省邯鄲市，056200）

陶二煤礦工作面超前頂板注漿技術(shù)研究與應(yīng)用＊

劉 凱1，2周洪文1楊子華2李曉虎1

（1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北省武漢市，430070；2.冀中能源邯礦集團(tuán)陶二煤礦，河北省邯鄲市，056200）

邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶二煤礦2212工作面屬于煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域，隨著采深的增加，工作面集中應(yīng)力增大，煤層及頂板被擠壓，出現(xiàn)破碎、松散和局部漏頂現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)對(duì)該工作面的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，決定對(duì)未采動(dòng)區(qū)域采取由上巷向工作面打設(shè)長(zhǎng)距離鉆孔進(jìn)行預(yù)注漿加固充填的措施來(lái)解決工作面漏頂?shù)葐?wèn)題。工作面共設(shè)計(jì)5個(gè)長(zhǎng)距離鉆孔，共注漿18 t，有效控制30 m范圍內(nèi)的頂板破碎，保證了安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

回采工作面 頂板注漿 超前支護(hù) 破碎帶處理

1 工程概況

1.1 工作面概況

邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶二煤礦2212工作面位于首采區(qū)上山北翼，北鄰采空區(qū)，西鄰2210工作面，東鄰2214工作面（未開(kāi)采），南鄰首采運(yùn)輸上山。工作面走向長(zhǎng)550 m，傾斜長(zhǎng)約120 m，工作面標(biāo)高為－486～－538 m，工作面平面位置示意圖見(jiàn)圖1。煤層埋深613～677 m，工作面與上覆1＃煤層間距8～22 m。

工作面地表為梯田，地表標(biāo)高＋127～＋139 m，有少量基巖出露，地勢(shì)東低西高，地面有一條沁水河。

在上下巷及切眼掘進(jìn)過(guò)程中，共揭露出18條斷層。其中上巷過(guò)6條斷層，有3條落差較大的斷層；下巷過(guò)3條斷層；中間巷過(guò)7條斷層，切眼過(guò)2條斷層。巷道在過(guò)F12斷層時(shí)造成冒頂，F(xiàn)17斷層落差較大，造成上切眼有10 m全巖巷道，破頂總長(zhǎng)度達(dá)到30 m，坡度大于30°的巷道有37 m長(zhǎng)。工作面在回采過(guò)程中還揭露小落差的斷層，對(duì)回采有一定影響。

圖1 2212工作面平面位置示意圖

工作面所在2＃煤層基本穩(wěn)定，煤層厚度2.8～4.5 m，平均煤厚3.1 m，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。工作面屬于高瓦斯區(qū)域，煤層絕對(duì)瓦斯涌出量20 m3/min。

1.2 工作面生產(chǎn)技術(shù)條件

2212工作面采用一次采全高走向長(zhǎng)壁全部垮落綜合機(jī)械化采煤法。工作面上下平巷均采用錨網(wǎng)梁加錨索聯(lián)合支護(hù)，超前工作面煤壁20 m采用DW28－250/100和DW25－250/100型單體液壓支柱配合DJB－1000型鉸接頂梁進(jìn)行超前支護(hù)，工作面頂板支護(hù)采用ZY6000/21/42型液壓支架，共80架，選用MG300/700－WD1型雙滾筒可調(diào)高采煤機(jī)落煤，運(yùn)輸采用SGZ764/400型中雙鏈可彎曲刮板輸送機(jī)。

1.3 問(wèn)題的提出

隨著工作面的推進(jìn)，工作面不斷遇到斷層、破碎帶等構(gòu)造，構(gòu)造區(qū)域范圍內(nèi)煤層及頂?shù)装灞粩D壓，出現(xiàn)破碎、松散和局部漏頂現(xiàn)象。

工作面推進(jìn)300 m后，在液壓支架70?！?0＃架位置處，由于地質(zhì)構(gòu)造影響，工作面上部的煤層傾角由最初的18°變?yōu)?5°，頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。采煤機(jī)割煤后，出現(xiàn)片幫、頂板掉矸，造成架前空頂，支架下倒，給生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重影響。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，決定對(duì)未采動(dòng)區(qū)域，采取由上巷向工作面打長(zhǎng)距離鉆孔，進(jìn)行預(yù)注漿加固充填技術(shù)來(lái)解決上述問(wèn)題。

2 工程實(shí)踐

2.1 設(shè)計(jì)原理

預(yù)注漿加固充填技術(shù)主要應(yīng)用于頂板破碎，極易造成冒頂、片幫現(xiàn)象的工作面。通過(guò)對(duì)頂板破碎區(qū)域數(shù)據(jù)收集、分析，經(jīng)計(jì)算后，根據(jù)漿液擴(kuò)散半徑，將注漿孔均勻布置于破碎頂板內(nèi)，通過(guò)漿液有效地將破碎頂板膠結(jié)在一起，使破碎頂板重新形成一個(gè)整體。

2.2 鉆孔設(shè)計(jì)

為準(zhǔn)確計(jì)算出注漿孔的布置情況，首先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)70＃～80＃架處的頂板高差測(cè)量。由80＃架處開(kāi)始，測(cè)量至70＃架處，每5 m一組，共測(cè)得3組數(shù)據(jù)，高差分別為2.8 m、2.9 m和2.7 m，共8.4 m，坡度平均達(dá)35°；上巷工作面向前30 m基本為平巷。根據(jù)這些數(shù)據(jù)得出注漿材料擴(kuò)散半徑不小于2.0 m，經(jīng)計(jì)算后確定為5個(gè)注漿孔。1＃孔開(kāi)孔位置距工作面25 m，2＃孔開(kāi)孔位置距1＃孔4 m，3＃孔距2?？? m，4?？拙??？? m，5?？拙??？?.5 m，終孔位置均位于煤層頂板向上2.0 m處，見(jiàn)圖2。

圖2 注漿孔參數(shù)平面設(shè)計(jì)圖

2.3 注漿孔施工

經(jīng)計(jì)算確定注漿孔參數(shù)后，在工作面上巷進(jìn)行打孔作業(yè)。選用型號(hào)為ZK－150鉆機(jī)，孔徑?60 mm。注漿管采用?32 mm無(wú)縫鋼管，每根管長(zhǎng)度2.0 m，采用絲扣箍連接。為了保證注漿效果，使?jié){液能很好地注入破碎頂板內(nèi)，注漿管必須做成花管，即在注漿管壁上進(jìn)行打孔，打成孔徑為8 mm、間距為200 mm的對(duì)穿孔。為防止跑漿，孔口管2.0 m不打孔。封孔采用蛇皮管，封孔長(zhǎng)度為2.0 m。下管深度為全長(zhǎng)孔深，鉆孔施工進(jìn)程中，要保證鉆場(chǎng)的風(fēng)量充足，水路暢通，防止有害氣體積聚。

因2212工作面屬于高瓦斯地區(qū)，故禁止使用易自燃的注漿材料。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終確定選用瑞米加固Ⅱ號(hào)漿，該材料擴(kuò)散半徑不小于2.0 m，符合施工要求。根據(jù)材料性質(zhì)，要求終孔位置位于煤層頂板向上2.0 m處， 注漿壓力為4～7 MPa。

正是因?yàn)榉劳淮胧┑膶?shí)施，決定采用防突打鉆設(shè)備進(jìn)行頂板注漿作業(yè)，這樣既避免了打鉆技術(shù)的不足，又減少了設(shè)備的運(yùn)輸與安裝，大大降低了勞動(dòng)量，為頂板注漿打孔作業(yè)提供了有利條件。

通過(guò)注漿后，破碎頂板很好地膠結(jié)在一起，重新形成一個(gè)整體，有效控制了破碎頂板帶來(lái)的一系列問(wèn)題，從而確保了該工作面的安全正常生產(chǎn)。

2.4 注意事項(xiàng)

（1）為避免成孔后因頂板來(lái)壓、地應(yīng)力增大等因素造成鉆孔堵塞，施工過(guò)程中，要求每打成一個(gè)注漿孔，要及時(shí)下注漿管進(jìn)行注漿。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)孔開(kāi)始注漿時(shí)，再進(jìn)行下一個(gè)鉆孔的施工。這樣，既保證了成孔率，又提高了工作效率。

（2）注漿前跟班瓦斯員檢測(cè)注漿地點(diǎn)前后20 m處瓦斯?jié)舛龋惭b好兩個(gè)防塵水管待用，注漿現(xiàn)場(chǎng)及漿液存放地點(diǎn)各配備2臺(tái)滅火器。

［1］ 王軍輝，張豐，胡紹勇等.切眼過(guò)老巷破碎頂板注漿加固技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.煤礦現(xiàn)代化，2010（3）

［2］ 楊江華.綜采工作面破碎頂板預(yù)注漿加固技術(shù)研究［J］.科技資訊，2010（2）

［3］ 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)督局.煤礦安全規(guī)程［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009

The study and application of the advance roof grouting technology at the working face of Taoer Coal Mine

Liu Kai1，2，Zhou Hongwen1，Yang Zihua2，Li Xiaohu1
（1.School of Science，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei 430070，China；2.Taoer Coal Mine，Handan Coal Mining Group，Jizhong Energy Group，Handan，Hebei 056200，China）

2212 work face of Taoer Coal Mine of the Handan Mining Group belongs to the danger zone that gas outburst may happen，with the increasing of the mining depth and the accretion of the work face＇s concentrated stress，the coal bed and roof are squeezed and crushed，friable and some parts become leaky roof.After the site investigation on this work face，a long hole from the top lane to the work face on the none mining area was digged，by use the pre-grouting filling technology，the issues of the broken and leak of the roof and some other questions have been solved.By drilling 5 long distance holes，and grouting 18 t to parts of the broken roof on the work face，the roof breakage section within the scope of 30 m was controlled efficiently.Ensured the smoothly proceeding of the production.

coal face，roof grouting，advanced supporting，fracture zone processing

TD327.2

A

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)2011BAB05B00）

劉凱（1983－），男，碩士，在讀研究生。助理工程師，曾在邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶二礦技術(shù)科工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）