注漿加固技術(shù)在綜采工作面破碎頂板中應(yīng)用實踐

岳俊光

（西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

1 工程案例

西山煤電股份有限公司馬蘭礦12509工作面為南五采區(qū)，工作面設(shè)計走向長度為1550 m，傾向長度為220 m，回采煤層為2#煤層，平均厚度為3.0 m。2#煤層無偽頂，直接頂主要以泥巖為主，平均厚度為2.3 m，該巖石層呈深灰色，水平層理發(fā)育，巖石抗壓強(qiáng)度較低，在外力的作用下易破碎；基本頂主要以S5砂巖為主，平均厚度為5.67 m，巖石硬度大。截至目前12509工作面已回采490 m。

根據(jù)馬蘭礦地測科提供工作面水文地質(zhì)資料顯示，工作面在回采至235 m、520 m處分別揭露兩條正斷層F4、F5，其中F4斷層落差為1.2 m，傾角為50°，F(xiàn)5斷層落差為1.5 m，傾角為55°。12509工作面采用帶壓擦頂強(qiáng)行破巖的方法過F4斷層，受構(gòu)造應(yīng)力影響，工作面在過斷層期間頂板局部地段形成破碎區(qū)域，影響工作面回采長度為22 m，在頂板破碎區(qū)域回采時出現(xiàn)移架困難、支架初撐力不足、工作面回采效率低等難題，甚至出現(xiàn)局部冒頂現(xiàn)象，威脅工作面安全回采。通過分析研究，預(yù)計工作面在過F5斷層時頂板更加破碎，影響工作面走向長度達(dá)35 m。對此，為提高破碎頂板穩(wěn)定性，保證工作面安全快速過斷層，決定對F5斷層帶附近頂板破碎區(qū)域采用注漿加固技術(shù)進(jìn)行維護(hù)。

2 注漿加固技術(shù)原理

注漿加固技術(shù)主要利用馬麗散對破碎煤巖體進(jìn)行粘合，從而提高破碎煤巖體整體穩(wěn)定性。馬麗散是一種低粘度、粘合能力及柔韌性強(qiáng)的高分子一聚亞胺膠脂材料。在破碎煤巖體中它能充分、快速地滲入到巖體裂隙內(nèi)，從而對破碎巖體進(jìn)行粘合，提高松散巖體的整體性和受力性能。

馬麗散凝固后具有良好的柔韌性，對外力具有一定的承受能力，同時破碎煤巖體被馬麗散粘合后，不僅增加了破碎巖體的機(jī)械性能，而且提高了破碎巖體機(jī)械阻力以及支撐力。通過實驗數(shù)據(jù)表明，破碎巖體經(jīng)馬麗散加固后，巖體單向抗壓強(qiáng)度可提高至65～80 MPa，塑性變形載荷值在150 kN以上。

3 注漿加固技術(shù)應(yīng)用

3.1 注漿前準(zhǔn)備工作

（1）注漿前應(yīng)將所有設(shè)備、材料運輸至施工地點，12509工作面注漿時采用的設(shè)備及材料主要有：ZBQ-8/3型氣動注漿泵一臺；直徑為40 mm、長度為50 m風(fēng)管4根，風(fēng)管連接頭四個；長度為30m鋼編軟管5根；清洗劑2桶；封孔器若干個以及棉紗和木楔等。

（2）由于注漿泵采用風(fēng)力作為動力源，所以必須保證礦用靜壓風(fēng)壓力符合設(shè)計，一般在4～7MPa。

3.2 注漿施工工藝

由于12509工作面直接頂主要以泥巖為主，平均厚度為2.3 m，在構(gòu)造應(yīng)力作用下該巖石層出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，主要對該區(qū)域巖體進(jìn)行注漿加固。

（1）在工作面指定位置施工注漿鉆孔，12509工作面共施工一排注漿孔，注漿孔施工在距工作面頂板0.5 m位置，鉆孔深度為5.0 m，鉆孔孔徑為42 mm，鉆孔與工作面呈25°仰角布置，工作面每隔10 m施工一個鉆孔，如圖1所示。

（2）鉆孔施工完后，在鉆孔內(nèi)埋設(shè)注漿管，并安裝封孔器，然后將高壓膠管與注射槍及注漿泵進(jìn)行連接，同時將吸管插入裝有馬麗散樹脂與催化劑配比為1:1的混合液桶內(nèi)進(jìn)行注漿。

（3）在注漿時，終孔注漿壓力必須符合設(shè)計要求，不得低于5 MPa。注漿壓力達(dá)到設(shè)計值且穩(wěn)定10 min以上或者煤壁出現(xiàn)注漿液滲出時立即停止注漿。

（4）工作面第一排注漿工序完成后繼續(xù)回采，在回采期間應(yīng)隨時觀察注漿后破碎頂板穩(wěn)定情況，當(dāng)工作面回采推進(jìn)4.0 m后施工第二排注漿鉆孔并進(jìn)行注漿，相鄰兩排注漿孔交錯1.0 m布置，如圖1所示。

圖1 12509工作面破碎頂板注漿鉆孔布置示意圖（mm）

3.3 應(yīng)用效果

（1）施工工藝簡單。傳統(tǒng)工作面破碎頂板一般采用錨桿支護(hù)、吊棚支護(hù)等，施工工藝復(fù)雜、繁瑣，而且支護(hù)間距?。ㄒ话憧刂圃?.0 m范圍內(nèi)），作業(yè)人員勞動強(qiáng)度大，支護(hù)施工過程中對工作面正常回采影響大。而采用注漿加固技術(shù)施工工藝相對簡單，對工作面回采影響小。

（2）支護(hù)效果好。注漿支護(hù)可對大面積破碎巖體進(jìn)行粘合，形成一個完整的耦合體。通過對12509工作面頂板破碎巖體注漿前后進(jìn)行抗壓實驗，發(fā)現(xiàn)注漿前巖體抗壓強(qiáng)度僅為9 MPa，而注漿后巖體的抗壓強(qiáng)度提高至74 MPa，有效提高了破碎巖體抗壓強(qiáng)度。12509工作面頂板破碎巖體注漿加固后，在后期回采期間頂板未出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，工作面液壓支架初撐力得到提高（額定值80%以上），移架期間未出現(xiàn)倒架、陷底以及移架頂梁損壞等現(xiàn)象，加快了工作面回采速度，平均回采進(jìn)度5.5 m/d。

（3）節(jié)約了成本費用。12509工作面破碎頂板若采用傳統(tǒng)施工錨索吊棚支護(hù)，需成本及勞動費用共計52萬元，而采用注漿支護(hù)時成本及勞動費用僅需9萬元，大大降低了支護(hù)材料及勞動成本費用。

4 結(jié)束語

馬蘭礦綜采三隊在12509工作面斷層破碎帶頂板區(qū)域?qū)嶒灢捎米{加固技術(shù)進(jìn)行維護(hù)，實踐證明破碎頂板采取維護(hù)措施后，提高了頂板破碎巖體單向抗壓強(qiáng)度，有效防止因頂板破碎而發(fā)生冒頂事故，保證了綜采工作面安全高效過斷層破碎帶，取得了顯著成效。