新三礦162601工作面超前注漿加固技術(shù)研究與應(yīng)用

叢龍峰

【摘 要】高應(yīng)力破碎頂板綜采工作面頂板難以控制，片幫漏頂嚴(yán)重制約正常生產(chǎn)。生產(chǎn)過(guò)程中除了應(yīng)用防片幫漏頂?shù)膫鹘y(tǒng)方法外，為提高煤層整體穩(wěn)定，確定煤層注漿的技術(shù)方案，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中遇到的問(wèn)題，提出短壁注化學(xué)漿的方法，可使煤層形成較硬的膠結(jié)層，煤層頂板穩(wěn)定性顯著提高。

【Abstract】It is hard to control the roof of fully mechanized coal mining face with high stress broken roof， the collapse of coal wall and roof leakage severely restricted the normal production. In the process of production， in addition to use the traditional methods to prevent the collapse of coal wall and roof leakage， in order to improve the overall stability of coal seam， the technical scheme of coal seam grouting is adopted. And in view of the problems encountered in the field practice， the method of short wall injection of chemical slurry is proposed， which can make the coal seam form a hard cementation layer， and the roof stability of the coal seam is significantly improved.

【關(guān)鍵詞】短壁注漿；頂板控制；破碎頂板采煤工作面

【Keywords】short wall grouting； roof control； broken roof coal mining face

【中圖分類號(hào)】TD263.3 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）02-0183-02

1 引言

新三礦162601工作面為綜采工作面，工作面煤層為單斜煤層，煤層走向NW55°，傾向NE，傾角7～15°，平均為11°，煤層厚度2.8～4.5m，平均4.2m。工作面采煤方法為傾斜長(zhǎng)壁輕型綜采放頂煤后退式方法。工作面地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，掘進(jìn)時(shí)揭露8條斷層。目前揭露兩條正交斷層，受斷層影響，工作面第34臺(tái)～43臺(tái)支架煤壁及頂板較破碎，出現(xiàn)片幫，尤其在35～38臺(tái)支架處由于空頂時(shí)間較長(zhǎng)而發(fā)生冒頂，冒高約4～5m，致使綜采工作面推進(jìn)較為緩慢，嚴(yán)重影響到綜采工作面回采生產(chǎn)與安全。為加快推進(jìn)，早日推過(guò)該構(gòu)造帶，需另采取有效的措施來(lái)防止煤層片幫空頂，使工作面安全順利推過(guò)該構(gòu)造帶。

2 概述

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察及以往其他礦的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，宜采用化學(xué)注漿加固的方式，對(duì)工作面斷層帶附近煤壁及破碎頂板進(jìn)行超前注漿加固，使其凝結(jié)成為一個(gè)整體，提高煤壁及頂板的黏結(jié)強(qiáng)度，減少煤壁片幫范圍及深度，控制頂板垮落，確保工作面安全生產(chǎn)。在2601工作面推采過(guò)程中除實(shí)施以上技術(shù)措施外，重點(diǎn)對(duì)煤層注漿進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。合理的煤層注漿可增加煤體顆粒之間的黏聚力，降低煤的脆性，增加煤壁及頂板的整體性延緩煤壁的片幫漏頂，給工作面一定的拉架時(shí)間，有效的控制煤壁及梁端頂板的片幫冒落，形成不易脫落的再生頂板。

2.1 方案設(shè)計(jì)

針對(duì)本次工作面的特殊情況，設(shè)計(jì)在工作面構(gòu)造變化處從煤壁面布置注漿孔，對(duì)工作面受構(gòu)造破壞的煤壁及偽頂頂板進(jìn)行注漿加固。注漿時(shí)以割煤循環(huán)為單位，根據(jù)工作面推進(jìn)速度確定注漿段長(zhǎng)度適當(dāng)進(jìn)行注漿，保證工作面正常推進(jìn)。

2.2 注漿材料選擇及性能指標(biāo)

注漿加固從注漿材料來(lái)看分為無(wú)機(jī)和有機(jī)（即化學(xué)）兩種。無(wú)機(jī)材料以水泥或水泥-水玻璃雙液為主，該類漿液為顆粒型，而且凝固時(shí)間不宜調(diào)節(jié)，跑漏嚴(yán)重，漿液在凝固過(guò)程中離析析水，凝固體強(qiáng)度上升慢且脆性大，主要用于裂隙較大，無(wú)動(dòng)壓影響且變形量較小，自身強(qiáng)度較高的圍巖注漿，對(duì)于冒頂處理無(wú)能為力。而化學(xué)漿液為溶液型，可以滲透到細(xì)小的裂隙和孔隙內(nèi)，漿液反應(yīng)速度快而且反應(yīng)時(shí)間可調(diào)，凝固體有較高的彈性，強(qiáng)度上升快，在幾分鐘內(nèi)可達(dá)到最終強(qiáng)度的90%以上。

根據(jù)回采工作面冒頂治理的使用特性，煤巖體極為松軟破碎，且穩(wěn)定性差，煤壁及頂板承受動(dòng)壓影響等因素要求注漿材料應(yīng)具有凝固速度快、固結(jié)體強(qiáng)度上升快、材料應(yīng)有較好的韌性等特性。因此選用波雷因注漿材料。

波雷因注漿材料由A、B兩種組分組成。當(dāng)A、B兩種組分以相同的體積充分混合后，能形成較高強(qiáng)度并具有較好韌性的固結(jié)體。該漿液具有較高的粘合力和較好的機(jī)械性能，與煤、巖層有較好的親和力，固結(jié)體的柔韌性能承受一定的地層變形。材料注入破碎煤體、巖石后，低黏度混合物保持幾秒鐘，迅速進(jìn)行一系列的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，與煤巖體形成具有一定強(qiáng)度的固結(jié)體，從而起到加固煤壁及頂板的作用。其性能指標(biāo)如下：

波雷因性能指標(biāo)：

波雷因漿液A、B兩種料以1∶1的比例注入煤巖體裂隙中，以孔口管為中心，向四周滲透和擴(kuò)散，充填破碎、松散的煤巖體裂隙，并且在材料自身二次發(fā)泡、膨脹的推動(dòng)下，滲透到圍巖的深部微細(xì)裂隙內(nèi)，漿材膠凝后將松散、破碎的煤巖體膠結(jié)在一起，起到擠壓充填、粘接補(bǔ)強(qiáng)且具有一定塑性變形能力的作用。

2.3 注漿鉆孔布置

注漿孔開孔位于頂板以下2.0m，孔間距2.5m，孔深6m。鉆孔垂直工作面方向上仰20～23°，以終孔進(jìn)入頂板1m為準(zhǔn)，每一循環(huán)鉆孔布置要與前一循環(huán)成交叉五花布置。endprint

2.4 注漿參數(shù)

①注漿終壓

根據(jù)圍巖條件與類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定6m注漿孔注漿終壓為：3～5MPa。

②注漿擴(kuò)散半徑 R=（γgha/2s+a）β

式中：γ為水的容重，g為重力加速度，s為漿液剪切強(qiáng)度，

h為注漿壓力，a為巖層的間隙等值半徑，β為時(shí)間系數(shù)

實(shí)際施工時(shí)通過(guò)調(diào)整漿液的膠凝速度、滲透性和注漿終壓，保證實(shí)際有效擴(kuò)散半徑不小于1.5m 。

③ 單孔吃漿量 Q=AπR2 L n B

式中： A為損耗系數(shù)，R為有效擴(kuò)散半徑，L為注漿段長(zhǎng)，

n為開口孔隙率，B為漿液充填系數(shù)

預(yù)定每孔注漿量為300～350kg。如果單孔注漿量達(dá)到了設(shè)計(jì)數(shù)量而未達(dá)到設(shè)計(jì)終壓時(shí)，停止注漿，以設(shè)計(jì)量為準(zhǔn)。

2.5 打眼和注漿設(shè)備

注漿泵和淺眼幫錨桿機(jī)采用壓風(fēng)作動(dòng)力，用φ25mm高壓膠管將壓風(fēng)接至注漿或打眼地點(diǎn)，前端加裝φ25mm高壓球閥。

打眼設(shè)備：工作面煤壁及頂板采用風(fēng)動(dòng)錨桿機(jī)鉆眼，配φ28mm和φ32mm相應(yīng)規(guī)格的鉆頭。

注漿設(shè)備：采用ZBQ-5/12型風(fēng)動(dòng)雙液注漿泵，技術(shù)參數(shù)如下。

2.6 注漿施工工藝

標(biāo)孔→鉆孔→檢查鉆孔質(zhì)量→安裝注漿管及封孔部件→封孔→準(zhǔn)備漿液→開泵注漿→凝固→檢查注漿質(zhì)量→驗(yàn)收。

注漿量：工作面注漿量按循環(huán)計(jì)算。每循環(huán)預(yù)計(jì)需打孔5個(gè)（按注漿范圍為12.5m），用量為1.75噸。預(yù)計(jì)走完構(gòu)造段（約75m）需25個(gè)循環(huán)，預(yù)計(jì)總注漿用量43.75噸。

3 效果分析

通過(guò)使用局部短壁注漿的方法，且注漿孔1.5m范圍內(nèi)能形成較硬的黏結(jié)層，煤機(jī)割煤后煤壁基本不片幫漏頂，壓縮了維護(hù)頂板的時(shí)間，減少了人員維護(hù)頂板的材料費(fèi)用支出，采煤機(jī)開機(jī)率由原來(lái)的18%提高到52%，經(jīng)濟(jì)效益和安全效益顯著。

4 結(jié)論

工作面注漿技術(shù)具有成本低、操作簡(jiǎn)單節(jié)省材料，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，黏結(jié)效果良好等特點(diǎn)。該技術(shù)的應(yīng)用，使工作面局部頂板破碎地點(diǎn)頂板得到了有效控制，保證了安全生產(chǎn)，該工藝可使煤體有效凝結(jié)，防止煤壁片幫漏頂，大幅度提高工作面推進(jìn)速度，大大降低被頂材料損耗，改善工人工作量，在三軟煤層、破碎頂板采煤工作面有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。endprint