工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶注漿加固技術(shù)

◎文/杜振倫（淮北礦業(yè)<集團(tuán)>有限責(zé)任公司）

許疃煤礦72314工作面位于83下采區(qū)，設(shè)計(jì)面長(zhǎng)300m，里段切眼長(zhǎng)170m，可采走向長(zhǎng)度573m；外切眼長(zhǎng)度300m，可采走向長(zhǎng)度1055m，可采儲(chǔ)量210.5萬噸。工作面里段有張廟臺(tái)背斜、向斜、DFS40逆斷層（H=0～5m∠50°～55°）及NJF120逆斷層（H=0～5m∠50°～55°），工作面回采時(shí)斷層附近頂板破碎頂板管理難度大，同時(shí)該段受張廟臺(tái)背斜影響工作面仰采容易造成片幫掉頂現(xiàn)象。因此，為避免背斜及斷層對(duì)回采的影響[1-3]，深刻吸取72312工作面過背斜及斷層的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，考慮提前對(duì)構(gòu)造帶煤巖體進(jìn)行注漿加固[4,5]。

一、工作面地質(zhì)概況

72314工作面位于83下采區(qū)下山北翼第2階段，北至NFS24斷層與工業(yè)廣場(chǎng)保安煤柱，南至83下采區(qū)運(yùn)輸行人聯(lián)巷，東鄰72316工作面(尚未準(zhǔn)備)，西鄰72312工作面（已回采結(jié)束）。

該工作面為71與72煤層合并區(qū)，屬二迭系下統(tǒng)下石盒子組，煤厚3.98～5.99m，平均5.48m(局部其中含1層夾矸，夾矸平均厚0～0.2m)。72煤層與下部82煤層層間距10.41～16.16m，平均13.28m。煤層傾角5°～18°,平均14°左右?；卷敒榧?xì)砂巖，平均厚度4.98m，直接頂為泥巖，平均厚度4.8m；直接底為泥巖，平均厚度1.2m，基本底為細(xì)砂巖，平均厚度9.6m。

根據(jù)三維勘探資料、精細(xì)化處理資料、72312工作面采掘揭露的資料綜合分析，對(duì)工作面有影響的斷層有17條，褶曲 5 條，其中 NFS42、NFS40、NFS40、NJF85、NJF84斷層對(duì)掘進(jìn)影響較大。

二、許疃煤礦72312工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶冒頂原因分析

1.冒頂經(jīng)過

2016年2月初，72312工作面上段80架至機(jī)尾頂板較為破碎，期間出現(xiàn)81至83架片幫掉頂現(xiàn)象，2月5日中班結(jié)束，工作面89至93架由底鼓變成全巖。2016年2月17日工作面91架揭露G-2（260°∠80°H=4m）底板正斷層，斷層發(fā)育速度較快，造成83至90架全巖，經(jīng)探測(cè)工作面煤頂厚度4m以上，工作面90架至機(jī)尾沿走向最大仰角20°。因提車提架緩慢，造成支架不能有效的支護(hù)頂板。大角度仰采的同時(shí)受風(fēng)巷F-3斷層影響，機(jī)尾107架至95架頂板破碎，自架間、前梁頭片冒嚴(yán)重，加上對(duì)大采高工作面頂板管理認(rèn)識(shí)不足和存在僥幸心理，2月22日中班造成大面積冒頂。

2.原因分析

受斷層影響煤層變化較快，工作面提車提架不及時(shí)導(dǎo)致面內(nèi)大面積煤頂，增大頂板管理難度，導(dǎo)致空頂、冒頂；斷層附近頂板破碎，護(hù)頂不到位導(dǎo)致漏頂、空頂；受紀(jì)莊背斜影響，工作面仰采，大采高煤壁片幫嚴(yán)重導(dǎo)致冒頂。

三、許疃煤礦72314機(jī)巷掘進(jìn)過斷層預(yù)注漿加固及回采方案

巷道掘進(jìn)跟72煤層頂板施工先揭露DFS40逆斷層，然后按照14°下山施工，預(yù)計(jì)施工35m跟上下盤72煤層頂板；繼續(xù)施工10m揭露NJF120逆斷層再按照14°下山施工，預(yù)計(jì)施工29m跟上下盤72煤層頂板。掘進(jìn)過該區(qū)域?yàn)橄律绞┕ぃ欣陧敯骞芾?，掘進(jìn)期間不進(jìn)行頂板加固。

1.注漿加固方案

根據(jù)72312工作面回采情況分析，為避免類似情況發(fā)生，決定對(duì)工作面內(nèi)部的兩條傾向斷層進(jìn)行頂板加固，以降低回采期間的頂板管理難度，實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效。

頂板注漿范圍根據(jù)掘進(jìn)期間實(shí)際揭露圍巖條件進(jìn)行確定，預(yù)計(jì)在張廟臺(tái)背斜軸部以里及兩條傾向斷層30m范圍內(nèi)圍巖破碎裂隙發(fā)育，工作面頂板管理困難，為此對(duì)該段進(jìn)行注漿加固。

圖1 頂板注漿加固平面示意圖

根據(jù)地質(zhì)探查結(jié)果分析，掘進(jìn)施工期間提前破煤層頂板1.0～1.2m，以利于從機(jī)巷施工頂板注漿鉆孔進(jìn)行注漿加固。開孔位置距煤層頂板0.7m，方位角250°(與機(jī)巷夾角60°，仰角孔孔)，設(shè)計(jì)孔間距1.5～3m，終孔位置與煤層法距不大于2m。在注漿孔內(nèi)下直徑不小于25mm的廢舊鋼絲繩以提高圍巖的完整性。采用大功率注漿泵（2ZBSB3-0.5/10-15）注漿，終止注漿壓力不低于10MPa。注漿材料：漿液使用水泥漿，水泥采用不低于PC52.5級(jí)硅酸鹽水泥，水灰比（0.75～1）∶1。

采用多輪次，間隔孔注漿。每輪注漿結(jié)束后，在兩鉆孔之間施工效果檢驗(yàn)孔，對(duì)注漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。如未達(dá)到預(yù)期效果，則進(jìn)行下一輪注漿。

圖2 注漿管與廢舊鋼絲繩同時(shí)放置于鉆孔之中

注漿時(shí)，將普通注漿管連接成整體與廢舊鋼絲繩同時(shí)送入注漿孔（見圖2）。需要特別注意的是：所有的注漿管共中只將頂端一節(jié)的孔壁上設(shè)置出漿孔，靠近孔口的兩節(jié)只是與注漿管規(guī)格型號(hào)相同的鋼管，以保證整個(gè)鉆孔的注漿效果。

2.回采期間頂板加強(qiáng)管理方案

為使回采期間頂板得到有效控制，工作面回采過程中需要做到以下幾個(gè)方面：

(1)工作過斷層期間要保持勻速推進(jìn)，原班推進(jìn)度不低于2m，斷層附近采高以確保煤機(jī)順利通過為準(zhǔn)。

(2)根據(jù)實(shí)際揭露的地質(zhì)情況，在工作面回采前做網(wǎng)格式預(yù)想剖面，制定每架提車幅度及提車起始地點(diǎn)，精準(zhǔn)控制回采層位。過斷層期間機(jī)頭跟機(jī)巷頂板回采，面內(nèi)及時(shí)破頂提車提架，保證工作面的仰采角度與機(jī)巷上山坡度保持一致，避免逮煤頂回采。

(3)工作面仰采期間若煤壁片幫嚴(yán)重，則降低工作面采高，以保證煤機(jī)能夠通過為準(zhǔn)。必要時(shí)采用使棚方法管理頂板，嚴(yán)禁大面積空頂造成冒頂事故。

(4)選用破巖能力強(qiáng)的采煤機(jī)，盡量避免回采期間放炮破巖引發(fā)冒頂。

四、工業(yè)試驗(yàn)效果

截至目前，許疃煤礦72314已經(jīng)完成了張廟臺(tái)背斜及向斜之間破碎帶的回采，回采期間未發(fā)生頂板大面積冒落現(xiàn)象，回采效率達(dá)到了正常區(qū)段的90%以上。