綜采工作面深孔注漿加固研究

趙志強(qiáng)

（山西中陽華潤聯(lián)盛蘇村煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033000）

1 工作面概況

10202工作面井下位于二采區(qū)，開采深度+809～+835m。該工作面走向長為563m，傾斜長182m，煤層傾角4～8°，平均6°。10202工作面開采的煤層為石炭系太原組10#煤，厚度為5.0～6.15m，平均厚度為5.95m。該煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，常有一至四層泥巖或炭質(zhì)泥巖夾矸，單層夾矸厚度為0.05～0.25m不等。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

從表1可以看出，10202工作面直接頂為泥巖互層，圍巖疏松破碎，整體穩(wěn)定性較差，在開采過程中易漏頂。對工作面頂板巖層進(jìn)行注漿加固改造，為工作面掘進(jìn)及回采期間提供安全的作業(yè)條件十分必要。

2 煤巖體注漿加固方案

2.1 注漿孔布置

本次注漿主要采用兩巷超長鉆孔超前預(yù)注漿的方式進(jìn)行工作面前方煤體和頂板的加固。10202工作面頂板管理關(guān)鍵在于煤壁和復(fù)合頂板強(qiáng)化，因此注漿主要考慮煤體和頂板強(qiáng)化，分別在頂板和煤體中布置深孔。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

（1）頂板深孔布置

分別在運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷煤層頂板各施工一排深孔，開孔高度距煤層頂板1m，終孔高度距煤層頂板3m，孔深約115m，仰角1°，鉆孔孔徑75mm，鉆孔間距10m，兩巷鉆孔交叉布置，頂板深孔布置如圖1所示。

鉆孔應(yīng)提前施工，并進(jìn)行封孔，進(jìn)入裂隙區(qū)后再連管注漿。鉆孔施工需架設(shè)平臺，平臺長度15m，控制兩個(gè)鉆孔范圍，交替前移。

圖1 頂板深孔布置示意圖

（2）煤體深孔布置

分別在運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷中工作面?zhèn)让后w施工兩排鉆孔。上排孔開孔高度1m，終孔距底板3m，傾角1°，孔深約115m；下排孔開孔高度2m，終孔距底板4.5m，傾角約1.5°，孔深約115m。上下兩排孔成三花眼布置，上排孔間距10m，下排孔間距10m，鉆孔孔徑75mm，兩巷鉆孔交叉布置。煤體深孔布置如圖2所示。

煤體鉆孔同樣也應(yīng)提前施工，并進(jìn)行封孔，進(jìn)入裂隙區(qū)后再連管注漿。上排孔需架設(shè)平臺，可以采用木垛架設(shè)法。

圖2 煤體深孔布置示意圖

（3）巷幫淺孔注漿加固

針對現(xiàn)場施工過程中很有可能出現(xiàn)巷幫煤體破碎嚴(yán)重、深孔注漿過程中漏漿明顯等問題，在巷幫布置淺孔對淺區(qū)煤體注漿加固，防止工作面端頭區(qū)域片幫漏頂，也防止深孔注漿過程中過度漏漿。

在巷幫施工兩排直徑42mm、孔深8m的注漿鉆孔，鉆孔間距6m，上下兩排成三花布置。上排鉆孔孔口位置位于底板上方2m，鉆孔仰角30°，終孔位置距底板5m；下排孔孔口位置位于底板上方1m，鉆孔仰角15°，終孔位置距底板3m。巷幫淺孔布置示意圖如圖3所示。

當(dāng)出現(xiàn)巷幫煤體破碎嚴(yán)重時(shí)，則在進(jìn)行深孔注漿之前，首先采用聯(lián)邦加固Ⅰ號雙液注漿加固材料進(jìn)行淺孔注漿，淺孔注漿完成后即可進(jìn)行深孔注漿。

圖3 巷幫淺孔布置示意圖

2.2 注漿材料

（1）深孔注漿材料要求

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況分析可知，鉆孔長度大，漿液在鉆孔中流動時(shí)間長，工作面推進(jìn)速度快，對深孔注漿材料提出了以下要求：

① 漿液必須具備較強(qiáng)的流動性和可注性，可以通過提高材料細(xì)度、增大水灰比、降低粘度等方法實(shí)現(xiàn)；

② 材料強(qiáng)度增長必須能夠滿足工作面高效開采需要，8～12h需達(dá)到足夠強(qiáng)度；

③ 深孔注漿漿料滲透時(shí)間較長，漿料初凝速度不能過快，漿料在40～60min內(nèi)形狀不發(fā)生大的改變，以滿足施工和長時(shí)間滲流需要，2h后強(qiáng)度急速增長，以適應(yīng)工作面高效開采和圍巖變形破壞規(guī)律。

（2）材料選擇

① 深孔注漿采用聯(lián)邦加固Ⅲ號和聯(lián)邦加固Ⅱ號（單液）分別進(jìn)行深孔注漿加固試驗(yàn)，并作對比分析。

② 工作面巷幫淺孔注漿采用聯(lián)邦加固Ⅰ號材料。

③ 封孔材料采用聯(lián)邦加固Ⅰ號（雙液）材料。

（3）材料的擴(kuò)散半徑

該類注漿材料也具備較強(qiáng)的可注性，工程試驗(yàn)表明擴(kuò)散半徑可達(dá)3～5m。

（4）材料性質(zhì)

① 聯(lián)邦加固Ⅲ號（雙液）注漿材料

該材料為無機(jī)雙液注漿材料。雙液可單獨(dú)存放24h以上，混合后15～45min失去流動性，30～60min完全固化，2h強(qiáng)度可達(dá)8～12MPa，24h可達(dá)15MPa強(qiáng)度（水灰比0.8:1）。 水灰比可調(diào)范圍0.6～1.5:1，結(jié)實(shí)率均能夠達(dá)到100%。特別適合破碎區(qū)深孔注漿加固。

② 聯(lián)邦加固Ⅱ號（單液）注漿材料

該材料為超細(xì)水泥改性材料，單液注漿材料，具備良好的滲透性和施工特性。該材料使用水灰比0.6～0.8:1，24h強(qiáng)度能夠達(dá)到10MPa以上，3d強(qiáng)度可達(dá)25MPa。如果超前工作面30～50m范圍注漿效果良好，則可選擇該類型材料。

③ 聯(lián)邦加固Ⅰ號（雙液）注漿材料

聯(lián)邦加固Ⅰ號（雙液）是一種新型地質(zhì)聚合物注漿材料，以無機(jī)礦粉為主要組成成分，是一種快凝、早強(qiáng)型無機(jī)注漿材料，同時(shí)也具備較強(qiáng)的可注性，其強(qiáng)度和與煤體粘接性較普通硅酸鹽水泥類注漿材料有較大提高。

④ 聯(lián)邦加固Ⅰ號（單液）注漿材料

聯(lián)邦加固1號（單液）是一種單液注漿加固材料，具有可注性強(qiáng)、流動性好、滲透性強(qiáng)、粘結(jié)性好等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)石體強(qiáng)度及充填率高，膠凝時(shí)間為45min≤t≤240min，24h強(qiáng)度可達(dá)25MPa以上，較適合地質(zhì)構(gòu)造帶深孔預(yù)注漿和壁后注漿。

2.3 注漿工藝

深孔一次注漿方式工藝雖簡單，但是全孔內(nèi)注漿壓力一樣，不能根據(jù)煤巖裂隙發(fā)育情況調(diào)整注漿壓力、注漿材料配比，采用分段注漿方式可以很好地解決此問題。目前采用的分段注漿主要包括分次成孔、分段注漿方式和分段止?jié){塞封堵注漿方式兩種。分次成孔和分段注漿方式工藝復(fù)雜，浪費(fèi)材料。本次深孔注漿，試驗(yàn)了高壓分段止?jié){塞實(shí)現(xiàn)分段封孔，分次注漿，并根據(jù)各分段圍巖破碎情況調(diào)整注漿材料水灰比和注漿參數(shù)。將鉆孔分為5段，每段約20m。

注漿工藝流程：鉆孔（氣動架柱式鉆機(jī)）至孔口管深度10.0m→安裝孔口管、固管→封孔注漿→鉆孔30.0m→注水試驗(yàn)確定注漿壓力和漿液配比→開始注漿→注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值停注→待漿液凝固（10～15min）→套孔至設(shè)計(jì)深度70.0m→復(fù)注→套孔至設(shè)計(jì)深度115.0m→復(fù)注結(jié)束。

3 結(jié)語

使用超長孔注漿加固技術(shù)，可使巷道圍巖疏松破碎、頂板漏頂?shù)鹊玫接行Э刂?，巷道圍巖整體穩(wěn)定性也好，這為工作面快速掘進(jìn)創(chuàng)造了有利的條件和安全的工作環(huán)境。從實(shí)際情況來看，超長孔注漿加固技術(shù)使大面積破碎的煤巖體進(jìn)行膠結(jié)，圍巖變形得到控制。從注漿效果而言，各個(gè)鉆孔吸漿量大小不一，總體來說，鉆孔注漿效果較好，達(dá)到了頂板注漿加固要求。