大采高工作面動(dòng)壓影響巷道注漿加固技術(shù)研究

楊文暉

摘 要：大采高工作面開采強(qiáng)度大，采動(dòng)影響劇烈，采動(dòng)影響巷道維護(hù)困難，晉煤集團(tuán)長平公司通過采用新型無機(jī)注漿材料，配合合理的注漿工藝和方法，對(duì)留巷復(fù)用巷道進(jìn)行注漿加固，有效的控制了圍巖變形，減少煤柱損失29 m，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：大采高 動(dòng)壓 注漿加固

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（b）-0074-02

大采高技術(shù)開采效率高、產(chǎn)量高、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益好，已經(jīng)成為厚煤層開采的主要發(fā)展方向，但晉煤集團(tuán)3#煤瓦斯含量高，大采高工作面瓦斯涌出量大，尤其是上隅角瓦斯治理難度大，一般采用外錯(cuò)尾巷布置，形成U+L型通風(fēng)解決，但是必然就面臨煤柱損失和復(fù)用巷道的加固問題。晉煤集團(tuán)長平煤礦3#煤層厚度近6.0 m，煤層裂隙發(fā)育，強(qiáng)度角度，順槽巷道高度為全煤厚，寬度約5.5 m，斷面較大，在大采高強(qiáng)烈采動(dòng)作用下，雖留設(shè)64 m煤柱，但是復(fù)用巷道仍然維護(hù)困難，很難滿足接替工作忙的開采需要，造成了煤柱的大量損失。為了解決煤柱損失問題，提高盤區(qū)回采率，在長平公司4313大采高工作面實(shí)驗(yàn)35 m凈煤柱，配合高性能無機(jī)注漿加固材料進(jìn)行工程實(shí)驗(yàn)。

1 工程概況

4313大采高工作面四盤區(qū)大采高工作面，東部為一盤區(qū)采空區(qū)，西部為4303工作面采空區(qū)，北部為Ⅲ4315綜采工作面（尚未布置），南部為Ⅲ4311綜采工作面采空區(qū)。工作面為走向長1200 m，傾斜長220.70 m（幫—幫），煤層總厚度為5.90 m（其中煤厚 5.59m，泥巖夾層厚度0.31 m），煤層傾角1～12°，平均傾角6°。工作面布置三條順槽，如圖1所示，采用“兩進(jìn)一回”通風(fēng)方式，其中43131巷和43133巷為進(jìn)風(fēng)巷，43132巷為回風(fēng)巷，43132與43131巷間煤柱尺寸為35 m，工作面開采后需保留作為接替工作面4315大采高工作面的進(jìn)風(fēng)順槽。

2 注漿加固方案

2.1 新型無機(jī)注漿加固材料

大采高工作面采動(dòng)影響巷道，在超前支承壓力和側(cè)向支承壓力的作用下，圍巖破碎較為嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，致使注漿過程中面臨的不是漿液滲透性差、擴(kuò)散半徑小等問題，主要是漏漿問題，尤其是工作面順槽巷道，表面無噴漿保護(hù)，注漿過程中極易漏漿，主要通道主要是錨桿、錨索孔、瓦斯抽放孔，以及巷道淺層破碎區(qū)與表面貫通裂隙。大量的工程實(shí)驗(yàn)表面，采用普通水泥漿單孔注漿量一般不超過50 kg，主要問題是漏漿時(shí)很難堵漏，只能中止注漿。而聚氨酯類高分子注漿材料凝固速度快，且具備發(fā)泡性，在注漿過程中通過間歇注漿方法，能夠通過漿液堵住漏漿通道，因此注漿量很大，部分破碎區(qū)域單孔注漿量甚至達(dá)到了10幾噸；但是高分子注漿材料價(jià)格昂貴，且存在有毒、腐蝕，易自燃等安全隱患。因此，開發(fā)快凝、高強(qiáng)、滲透性好的新型無機(jī)注漿材料，以解決破碎圍巖注漿問題，就顯得尤為必要。

晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院聯(lián)合國內(nèi)知名科研院校，經(jīng)過3年多的努力，研發(fā)出了無機(jī)雙液注漿材料—聯(lián)邦加固材料，該新型無機(jī)注漿材料為雙液注漿材料，分為A料和B料，均為水化材料，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)一般按照0.8～1.5∶1的水灰比加水?dāng)嚢柚茲{，兩種漿液在混合前，6 h時(shí)內(nèi)不凝固、不泌水、不沉淀，混合后失去流動(dòng)性時(shí)間為3～5 min完全固化時(shí)間為5～10 min，1～8小時(shí)的強(qiáng)度能達(dá)到8～25 MPa以上。在注漿過程中配合正確的注漿工藝和封孔方法，能夠很好地解決漏漿問題，注漿壓力能夠達(dá)到設(shè)計(jì)值，擴(kuò)散范圍可達(dá)到3～5 m，能夠起到較好的加固效果。

2.2 鉆孔布置及注漿錨桿

長平公司4313大采高工作面43132巷注漿鉆孔布置如圖2所示。鉆孔排拒3 m，每排4個(gè)鉆孔（南北幫各兩個(gè)）注漿鉆孔深度8 m，孔徑42 mm，上排鉆孔距離頂板1.5 m，下排鉆孔距離底板1.5 m。

注漿錨桿總長6 m，由3段2 m長的4分鋼管，通過4分直接連接而成。最外部的一根錨桿上設(shè)置封孔段，在距離錨桿一端1 m處纏繞鐵絲，鐵絲段長度為0.6 m。使用時(shí)在鐵絲范圍內(nèi)纏繞棉紗（纏繞不同位置可控制封孔段長度，目前使用封孔長度為1 m），在端頭0.2 m處也纏上棉紗，錨桿出露煤壁0.1 m。

2.3 注漿壓力

注漿壓力也是影響注漿效果的關(guān)鍵參數(shù)，一般情況下注漿壓力6～8 MPa，圍巖破碎，漏漿嚴(yán)重時(shí)可適當(dāng)減低注漿壓力，可調(diào)整為4～6 MPa。

2.4 注漿量

注漿原則上需一直注至壓力上限為止，如果注漿時(shí)間過長，注漿量過大，應(yīng)檢查是否存在漏漿通道，尤其要防止?jié){液漏入瓦斯抽放管路，注漿結(jié)束時(shí)應(yīng)穩(wěn)壓至8 MPa。

3 注漿加固效果分析

3.1 注漿量統(tǒng)計(jì)情況

在同等條件下，單孔注漿量對(duì)圍巖加固效果起著決定性作用，在43132巷297 m加固范圍內(nèi)，共施工360個(gè)孔，累計(jì)注干粉料約70 t，漿料約130 t（水灰比0.8～0.9∶1），平均每孔注干粉料約195 kg，漿料約360 kg，平均每米注漿干粉料約236 kg，漿料約437 kg，具體情況如表1所示。

從注漿量統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，滯后工作面20 m，超前工作面20 m范圍內(nèi)注漿量較大，單孔約0.925 t漿料，斷層構(gòu)造區(qū)和大型硐室附近注漿量較大，單孔最大近3 t。從這個(gè)結(jié)果來看，新型無機(jī)注漿材料較好的解決了破碎圍巖漏漿問題，注漿量較普通水泥漿有極大提高，可注性可與高分子材料相媲美，但成本可節(jié)約95%以上。

3.2 巷道變形監(jiān)測(cè)與分析

為了評(píng)價(jià)43132巷新型無機(jī)注漿材料加固效果，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)布置了5個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用十字布線法，在工作面開采過程中監(jiān)測(cè)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的兩幫移近量和頂?shù)装逡平俊y(cè)點(diǎn)編號(hào)為1～5#，分別距離切眼-21 m（切眼后方21 m）、6 m、36 m、66 m、96 m。

截止目前為止，長平礦4313工作面已經(jīng)推進(jìn)約160 m，各測(cè)點(diǎn)的兩幫移近量觀測(cè)如圖3所示，圖示橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)距工作面的距離，正值代表測(cè)點(diǎn)滯后工作面，負(fù)值表示工作面超前工作面。圖示可以看出，1～4#測(cè)點(diǎn)變形已經(jīng)基本穩(wěn)定，1#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面143.4 m，兩幫移近量累計(jì)為40 mm，2#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面116.4，兩幫移近量累計(jì)為130 mm，3#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面86.4，兩幫移近量累計(jì)為101 mm，4#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面56.4，兩幫移近量累計(jì)為217 mm，5#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面26.4，兩幫移近量累計(jì)為77 mm。

巷道各觀測(cè)斷面頂?shù)装逡平坑^測(cè)曲線如圖4所示，可以看出各個(gè)測(cè)點(diǎn)頂?shù)装遄冃我鸦痉€(wěn)定，4#測(cè)點(diǎn)頂?shù)装逡平孔畲?，達(dá)到466 mm，主要是由于4#監(jiān)測(cè)斷面處底板混凝土路面開裂翹起，導(dǎo)致移近量較大，其余各測(cè)點(diǎn)頂?shù)装逡平课闯^200 mm，巷道變形是以底鼓為主，對(duì)巷道使用影響不大。

4 結(jié)論

晉煤集團(tuán)長平煤礦3#煤層裂隙發(fā)育，強(qiáng)度較低，開采強(qiáng)度較大，采動(dòng)影響程度較大，以往采用64 m大煤柱護(hù)巷，巷道變形仍然較為嚴(yán)重，難以滿足下一個(gè)工作面開采需要，4313工作面通過采用新型無機(jī)注漿材料，配合合理的注漿工藝和方法，起到了良好的加固效果，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

（1）減少煤柱29 m，直接多回收煤炭資源31.67萬t，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值約1.58億元，注漿材料成本僅為1180元/m，總投入約141.6萬元，而且本次試驗(yàn)也證明煤柱有進(jìn)一步減少的可能，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將更大。

（2）新型聯(lián)邦加固Ⅱ號(hào)較為適合破碎圍巖注漿加固，尤其是表面沒有噴漿巷道注漿，能夠很好地解決封孔、漏漿問題。

（3）巷道變形得到較好的控制，巷道兩幫及頂?shù)装鍩o明顯移近，局部有底鼓現(xiàn)象。最大變形量出現(xiàn)在4#測(cè)點(diǎn)，22天巷道兩幫累計(jì)移近212 mm，頂?shù)装謇塾?jì)移近466 mm（主要由底鼓造成）。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢鳴高.礦山壓力與巖層控制[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[2] 趙斌.注漿堵水加固技術(shù)及應(yīng)用[M].煤炭工業(yè)出版社，1998.

[3] 柴登榜.礦井地質(zhì)工作手冊(cè)[M].煤炭工業(yè)出版社，1984.endprint

摘 要：大采高工作面開采強(qiáng)度大，采動(dòng)影響劇烈，采動(dòng)影響巷道維護(hù)困難，晉煤集團(tuán)長平公司通過采用新型無機(jī)注漿材料，配合合理的注漿工藝和方法，對(duì)留巷復(fù)用巷道進(jìn)行注漿加固，有效的控制了圍巖變形，減少煤柱損失29 m，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：大采高 動(dòng)壓 注漿加固

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（b）-0074-02

大采高技術(shù)開采效率高、產(chǎn)量高、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益好，已經(jīng)成為厚煤層開采的主要發(fā)展方向，但晉煤集團(tuán)3#煤瓦斯含量高，大采高工作面瓦斯涌出量大，尤其是上隅角瓦斯治理難度大，一般采用外錯(cuò)尾巷布置，形成U+L型通風(fēng)解決，但是必然就面臨煤柱損失和復(fù)用巷道的加固問題。晉煤集團(tuán)長平煤礦3#煤層厚度近6.0 m，煤層裂隙發(fā)育，強(qiáng)度角度，順槽巷道高度為全煤厚，寬度約5.5 m，斷面較大，在大采高強(qiáng)烈采動(dòng)作用下，雖留設(shè)64 m煤柱，但是復(fù)用巷道仍然維護(hù)困難，很難滿足接替工作忙的開采需要，造成了煤柱的大量損失。為了解決煤柱損失問題，提高盤區(qū)回采率，在長平公司4313大采高工作面實(shí)驗(yàn)35 m凈煤柱，配合高性能無機(jī)注漿加固材料進(jìn)行工程實(shí)驗(yàn)。

1 工程概況

4313大采高工作面四盤區(qū)大采高工作面，東部為一盤區(qū)采空區(qū)，西部為4303工作面采空區(qū)，北部為Ⅲ4315綜采工作面（尚未布置），南部為Ⅲ4311綜采工作面采空區(qū)。工作面為走向長1200 m，傾斜長220.70 m（幫—幫），煤層總厚度為5.90 m（其中煤厚 5.59m，泥巖夾層厚度0.31 m），煤層傾角1～12°，平均傾角6°。工作面布置三條順槽，如圖1所示，采用“兩進(jìn)一回”通風(fēng)方式，其中43131巷和43133巷為進(jìn)風(fēng)巷，43132巷為回風(fēng)巷，43132與43131巷間煤柱尺寸為35 m，工作面開采后需保留作為接替工作面4315大采高工作面的進(jìn)風(fēng)順槽。

2 注漿加固方案

2.1 新型無機(jī)注漿加固材料

大采高工作面采動(dòng)影響巷道，在超前支承壓力和側(cè)向支承壓力的作用下，圍巖破碎較為嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，致使注漿過程中面臨的不是漿液滲透性差、擴(kuò)散半徑小等問題，主要是漏漿問題，尤其是工作面順槽巷道，表面無噴漿保護(hù)，注漿過程中極易漏漿，主要通道主要是錨桿、錨索孔、瓦斯抽放孔，以及巷道淺層破碎區(qū)與表面貫通裂隙。大量的工程實(shí)驗(yàn)表面，采用普通水泥漿單孔注漿量一般不超過50 kg，主要問題是漏漿時(shí)很難堵漏，只能中止注漿。而聚氨酯類高分子注漿材料凝固速度快，且具備發(fā)泡性，在注漿過程中通過間歇注漿方法，能夠通過漿液堵住漏漿通道，因此注漿量很大，部分破碎區(qū)域單孔注漿量甚至達(dá)到了10幾噸；但是高分子注漿材料價(jià)格昂貴，且存在有毒、腐蝕，易自燃等安全隱患。因此，開發(fā)快凝、高強(qiáng)、滲透性好的新型無機(jī)注漿材料，以解決破碎圍巖注漿問題，就顯得尤為必要。

晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院聯(lián)合國內(nèi)知名科研院校，經(jīng)過3年多的努力，研發(fā)出了無機(jī)雙液注漿材料—聯(lián)邦加固材料，該新型無機(jī)注漿材料為雙液注漿材料，分為A料和B料，均為水化材料，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)一般按照0.8～1.5∶1的水灰比加水?dāng)嚢柚茲{，兩種漿液在混合前，6 h時(shí)內(nèi)不凝固、不泌水、不沉淀，混合后失去流動(dòng)性時(shí)間為3～5 min完全固化時(shí)間為5～10 min，1～8小時(shí)的強(qiáng)度能達(dá)到8～25 MPa以上。在注漿過程中配合正確的注漿工藝和封孔方法，能夠很好地解決漏漿問題，注漿壓力能夠達(dá)到設(shè)計(jì)值，擴(kuò)散范圍可達(dá)到3～5 m，能夠起到較好的加固效果。

2.2 鉆孔布置及注漿錨桿

長平公司4313大采高工作面43132巷注漿鉆孔布置如圖2所示。鉆孔排拒3 m，每排4個(gè)鉆孔（南北幫各兩個(gè)）注漿鉆孔深度8 m，孔徑42 mm，上排鉆孔距離頂板1.5 m，下排鉆孔距離底板1.5 m。

注漿錨桿總長6 m，由3段2 m長的4分鋼管，通過4分直接連接而成。最外部的一根錨桿上設(shè)置封孔段，在距離錨桿一端1 m處纏繞鐵絲，鐵絲段長度為0.6 m。使用時(shí)在鐵絲范圍內(nèi)纏繞棉紗（纏繞不同位置可控制封孔段長度，目前使用封孔長度為1 m），在端頭0.2 m處也纏上棉紗，錨桿出露煤壁0.1 m。

2.3 注漿壓力

注漿壓力也是影響注漿效果的關(guān)鍵參數(shù)，一般情況下注漿壓力6～8 MPa，圍巖破碎，漏漿嚴(yán)重時(shí)可適當(dāng)減低注漿壓力，可調(diào)整為4～6 MPa。

2.4 注漿量

注漿原則上需一直注至壓力上限為止，如果注漿時(shí)間過長，注漿量過大，應(yīng)檢查是否存在漏漿通道，尤其要防止?jié){液漏入瓦斯抽放管路，注漿結(jié)束時(shí)應(yīng)穩(wěn)壓至8 MPa。

3 注漿加固效果分析

3.1 注漿量統(tǒng)計(jì)情況

在同等條件下，單孔注漿量對(duì)圍巖加固效果起著決定性作用，在43132巷297 m加固范圍內(nèi)，共施工360個(gè)孔，累計(jì)注干粉料約70 t，漿料約130 t（水灰比0.8～0.9∶1），平均每孔注干粉料約195 kg，漿料約360 kg，平均每米注漿干粉料約236 kg，漿料約437 kg，具體情況如表1所示。

從注漿量統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，滯后工作面20 m，超前工作面20 m范圍內(nèi)注漿量較大，單孔約0.925 t漿料，斷層構(gòu)造區(qū)和大型硐室附近注漿量較大，單孔最大近3 t。從這個(gè)結(jié)果來看，新型無機(jī)注漿材料較好的解決了破碎圍巖漏漿問題，注漿量較普通水泥漿有極大提高，可注性可與高分子材料相媲美，但成本可節(jié)約95%以上。

3.2 巷道變形監(jiān)測(cè)與分析

為了評(píng)價(jià)43132巷新型無機(jī)注漿材料加固效果，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)布置了5個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用十字布線法，在工作面開采過程中監(jiān)測(cè)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的兩幫移近量和頂?shù)装逡平?。測(cè)點(diǎn)編號(hào)為1～5#，分別距離切眼-21 m（切眼后方21 m）、6 m、36 m、66 m、96 m。

截止目前為止，長平礦4313工作面已經(jīng)推進(jìn)約160 m，各測(cè)點(diǎn)的兩幫移近量觀測(cè)如圖3所示，圖示橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)距工作面的距離，正值代表測(cè)點(diǎn)滯后工作面，負(fù)值表示工作面超前工作面。圖示可以看出，1～4#測(cè)點(diǎn)變形已經(jīng)基本穩(wěn)定，1#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面143.4 m，兩幫移近量累計(jì)為40 mm，2#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面116.4，兩幫移近量累計(jì)為130 mm，3#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面86.4，兩幫移近量累計(jì)為101 mm，4#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面56.4，兩幫移近量累計(jì)為217 mm，5#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面26.4，兩幫移近量累計(jì)為77 mm。

巷道各觀測(cè)斷面頂?shù)装逡平坑^測(cè)曲線如圖4所示，可以看出各個(gè)測(cè)點(diǎn)頂?shù)装遄冃我鸦痉€(wěn)定，4#測(cè)點(diǎn)頂?shù)装逡平孔畲?，達(dá)到466 mm，主要是由于4#監(jiān)測(cè)斷面處底板混凝土路面開裂翹起，導(dǎo)致移近量較大，其余各測(cè)點(diǎn)頂?shù)装逡平课闯^200 mm，巷道變形是以底鼓為主，對(duì)巷道使用影響不大。

4 結(jié)論

晉煤集團(tuán)長平煤礦3#煤層裂隙發(fā)育，強(qiáng)度較低，開采強(qiáng)度較大，采動(dòng)影響程度較大，以往采用64 m大煤柱護(hù)巷，巷道變形仍然較為嚴(yán)重，難以滿足下一個(gè)工作面開采需要，4313工作面通過采用新型無機(jī)注漿材料，配合合理的注漿工藝和方法，起到了良好的加固效果，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

（1）減少煤柱29 m，直接多回收煤炭資源31.67萬t，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值約1.58億元，注漿材料成本僅為1180元/m，總投入約141.6萬元，而且本次試驗(yàn)也證明煤柱有進(jìn)一步減少的可能，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將更大。

（2）新型聯(lián)邦加固Ⅱ號(hào)較為適合破碎圍巖注漿加固，尤其是表面沒有噴漿巷道注漿，能夠很好地解決封孔、漏漿問題。

（3）巷道變形得到較好的控制，巷道兩幫及頂?shù)装鍩o明顯移近，局部有底鼓現(xiàn)象。最大變形量出現(xiàn)在4#測(cè)點(diǎn)，22天巷道兩幫累計(jì)移近212 mm，頂?shù)装謇塾?jì)移近466 mm（主要由底鼓造成）。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢鳴高.礦山壓力與巖層控制[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[2] 趙斌.注漿堵水加固技術(shù)及應(yīng)用[M].煤炭工業(yè)出版社，1998.

[3] 柴登榜.礦井地質(zhì)工作手冊(cè)[M].煤炭工業(yè)出版社，1984.endprint

摘 要：大采高工作面開采強(qiáng)度大，采動(dòng)影響劇烈，采動(dòng)影響巷道維護(hù)困難，晉煤集團(tuán)長平公司通過采用新型無機(jī)注漿材料，配合合理的注漿工藝和方法，對(duì)留巷復(fù)用巷道進(jìn)行注漿加固，有效的控制了圍巖變形，減少煤柱損失29 m，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：大采高 動(dòng)壓 注漿加固

中圖分類號(hào)：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（b）-0074-02

大采高技術(shù)開采效率高、產(chǎn)量高、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益好，已經(jīng)成為厚煤層開采的主要發(fā)展方向，但晉煤集團(tuán)3#煤瓦斯含量高，大采高工作面瓦斯涌出量大，尤其是上隅角瓦斯治理難度大，一般采用外錯(cuò)尾巷布置，形成U+L型通風(fēng)解決，但是必然就面臨煤柱損失和復(fù)用巷道的加固問題。晉煤集團(tuán)長平煤礦3#煤層厚度近6.0 m，煤層裂隙發(fā)育，強(qiáng)度角度，順槽巷道高度為全煤厚，寬度約5.5 m，斷面較大，在大采高強(qiáng)烈采動(dòng)作用下，雖留設(shè)64 m煤柱，但是復(fù)用巷道仍然維護(hù)困難，很難滿足接替工作忙的開采需要，造成了煤柱的大量損失。為了解決煤柱損失問題，提高盤區(qū)回采率，在長平公司4313大采高工作面實(shí)驗(yàn)35 m凈煤柱，配合高性能無機(jī)注漿加固材料進(jìn)行工程實(shí)驗(yàn)。

1 工程概況

4313大采高工作面四盤區(qū)大采高工作面，東部為一盤區(qū)采空區(qū)，西部為4303工作面采空區(qū)，北部為Ⅲ4315綜采工作面（尚未布置），南部為Ⅲ4311綜采工作面采空區(qū)。工作面為走向長1200 m，傾斜長220.70 m（幫—幫），煤層總厚度為5.90 m（其中煤厚 5.59m，泥巖夾層厚度0.31 m），煤層傾角1～12°，平均傾角6°。工作面布置三條順槽，如圖1所示，采用“兩進(jìn)一回”通風(fēng)方式，其中43131巷和43133巷為進(jìn)風(fēng)巷，43132巷為回風(fēng)巷，43132與43131巷間煤柱尺寸為35 m，工作面開采后需保留作為接替工作面4315大采高工作面的進(jìn)風(fēng)順槽。

2 注漿加固方案

2.1 新型無機(jī)注漿加固材料

大采高工作面采動(dòng)影響巷道，在超前支承壓力和側(cè)向支承壓力的作用下，圍巖破碎較為嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，致使注漿過程中面臨的不是漿液滲透性差、擴(kuò)散半徑小等問題，主要是漏漿問題，尤其是工作面順槽巷道，表面無噴漿保護(hù)，注漿過程中極易漏漿，主要通道主要是錨桿、錨索孔、瓦斯抽放孔，以及巷道淺層破碎區(qū)與表面貫通裂隙。大量的工程實(shí)驗(yàn)表面，采用普通水泥漿單孔注漿量一般不超過50 kg，主要問題是漏漿時(shí)很難堵漏，只能中止注漿。而聚氨酯類高分子注漿材料凝固速度快，且具備發(fā)泡性，在注漿過程中通過間歇注漿方法，能夠通過漿液堵住漏漿通道，因此注漿量很大，部分破碎區(qū)域單孔注漿量甚至達(dá)到了10幾噸；但是高分子注漿材料價(jià)格昂貴，且存在有毒、腐蝕，易自燃等安全隱患。因此，開發(fā)快凝、高強(qiáng)、滲透性好的新型無機(jī)注漿材料，以解決破碎圍巖注漿問題，就顯得尤為必要。

晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院聯(lián)合國內(nèi)知名科研院校，經(jīng)過3年多的努力，研發(fā)出了無機(jī)雙液注漿材料—聯(lián)邦加固材料，該新型無機(jī)注漿材料為雙液注漿材料，分為A料和B料，均為水化材料，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)一般按照0.8～1.5∶1的水灰比加水?dāng)嚢柚茲{，兩種漿液在混合前，6 h時(shí)內(nèi)不凝固、不泌水、不沉淀，混合后失去流動(dòng)性時(shí)間為3～5 min完全固化時(shí)間為5～10 min，1～8小時(shí)的強(qiáng)度能達(dá)到8～25 MPa以上。在注漿過程中配合正確的注漿工藝和封孔方法，能夠很好地解決漏漿問題，注漿壓力能夠達(dá)到設(shè)計(jì)值，擴(kuò)散范圍可達(dá)到3～5 m，能夠起到較好的加固效果。

2.2 鉆孔布置及注漿錨桿

長平公司4313大采高工作面43132巷注漿鉆孔布置如圖2所示。鉆孔排拒3 m，每排4個(gè)鉆孔（南北幫各兩個(gè)）注漿鉆孔深度8 m，孔徑42 mm，上排鉆孔距離頂板1.5 m，下排鉆孔距離底板1.5 m。

注漿錨桿總長6 m，由3段2 m長的4分鋼管，通過4分直接連接而成。最外部的一根錨桿上設(shè)置封孔段，在距離錨桿一端1 m處纏繞鐵絲，鐵絲段長度為0.6 m。使用時(shí)在鐵絲范圍內(nèi)纏繞棉紗（纏繞不同位置可控制封孔段長度，目前使用封孔長度為1 m），在端頭0.2 m處也纏上棉紗，錨桿出露煤壁0.1 m。

2.3 注漿壓力

注漿壓力也是影響注漿效果的關(guān)鍵參數(shù)，一般情況下注漿壓力6～8 MPa，圍巖破碎，漏漿嚴(yán)重時(shí)可適當(dāng)減低注漿壓力，可調(diào)整為4～6 MPa。

2.4 注漿量

注漿原則上需一直注至壓力上限為止，如果注漿時(shí)間過長，注漿量過大，應(yīng)檢查是否存在漏漿通道，尤其要防止?jié){液漏入瓦斯抽放管路，注漿結(jié)束時(shí)應(yīng)穩(wěn)壓至8 MPa。

3 注漿加固效果分析

3.1 注漿量統(tǒng)計(jì)情況

在同等條件下，單孔注漿量對(duì)圍巖加固效果起著決定性作用，在43132巷297 m加固范圍內(nèi)，共施工360個(gè)孔，累計(jì)注干粉料約70 t，漿料約130 t（水灰比0.8～0.9∶1），平均每孔注干粉料約195 kg，漿料約360 kg，平均每米注漿干粉料約236 kg，漿料約437 kg，具體情況如表1所示。

從注漿量統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，滯后工作面20 m，超前工作面20 m范圍內(nèi)注漿量較大，單孔約0.925 t漿料，斷層構(gòu)造區(qū)和大型硐室附近注漿量較大，單孔最大近3 t。從這個(gè)結(jié)果來看，新型無機(jī)注漿材料較好的解決了破碎圍巖漏漿問題，注漿量較普通水泥漿有極大提高，可注性可與高分子材料相媲美，但成本可節(jié)約95%以上。

3.2 巷道變形監(jiān)測(cè)與分析

為了評(píng)價(jià)43132巷新型無機(jī)注漿材料加固效果，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)布置了5個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用十字布線法，在工作面開采過程中監(jiān)測(cè)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的兩幫移近量和頂?shù)装逡平?。測(cè)點(diǎn)編號(hào)為1～5#，分別距離切眼-21 m（切眼后方21 m）、6 m、36 m、66 m、96 m。

截止目前為止，長平礦4313工作面已經(jīng)推進(jìn)約160 m，各測(cè)點(diǎn)的兩幫移近量觀測(cè)如圖3所示，圖示橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn)距工作面的距離，正值代表測(cè)點(diǎn)滯后工作面，負(fù)值表示工作面超前工作面。圖示可以看出，1～4#測(cè)點(diǎn)變形已經(jīng)基本穩(wěn)定，1#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面143.4 m，兩幫移近量累計(jì)為40 mm，2#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面116.4，兩幫移近量累計(jì)為130 mm，3#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面86.4，兩幫移近量累計(jì)為101 mm，4#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面56.4，兩幫移近量累計(jì)為217 mm，5#測(cè)點(diǎn)已經(jīng)滯后工作面26.4，兩幫移近量累計(jì)為77 mm。

巷道各觀測(cè)斷面頂?shù)装逡平坑^測(cè)曲線如圖4所示，可以看出各個(gè)測(cè)點(diǎn)頂?shù)装遄冃我鸦痉€(wěn)定，4#測(cè)點(diǎn)頂?shù)装逡平孔畲螅_(dá)到466 mm，主要是由于4#監(jiān)測(cè)斷面處底板混凝土路面開裂翹起，導(dǎo)致移近量較大，其余各測(cè)點(diǎn)頂?shù)装逡平课闯^200 mm，巷道變形是以底鼓為主，對(duì)巷道使用影響不大。

4 結(jié)論

晉煤集團(tuán)長平煤礦3#煤層裂隙發(fā)育，強(qiáng)度較低，開采強(qiáng)度較大，采動(dòng)影響程度較大，以往采用64 m大煤柱護(hù)巷，巷道變形仍然較為嚴(yán)重，難以滿足下一個(gè)工作面開采需要，4313工作面通過采用新型無機(jī)注漿材料，配合合理的注漿工藝和方法，起到了良好的加固效果，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

（1）減少煤柱29 m，直接多回收煤炭資源31.67萬t，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值約1.58億元，注漿材料成本僅為1180元/m，總投入約141.6萬元，而且本次試驗(yàn)也證明煤柱有進(jìn)一步減少的可能，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將更大。

（2）新型聯(lián)邦加固Ⅱ號(hào)較為適合破碎圍巖注漿加固，尤其是表面沒有噴漿巷道注漿，能夠很好地解決封孔、漏漿問題。

（3）巷道變形得到較好的控制，巷道兩幫及頂?shù)装鍩o明顯移近，局部有底鼓現(xiàn)象。最大變形量出現(xiàn)在4#測(cè)點(diǎn)，22天巷道兩幫累計(jì)移近212 mm，頂?shù)装謇塾?jì)移近466 mm（主要由底鼓造成）。

參考文獻(xiàn)

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