注漿技術(shù)在松軟煤層孤島工作面中的應(yīng)用

劉宏杰

(陽泉煤業(yè)集團(tuán) 五礦， 山西 陽泉 045000)

0 引言

陽泉煤業(yè)集團(tuán)五礦所采的8410孤島綜采工作面井下位于四采區(qū)，所處水平為+420水平，工作面標(biāo)高430～478 m，平均457 m；地面標(biāo)高892～1 043 m，平均965 m；埋深438～573 m，平均走向長1 571 m，傾斜長198.6 m。采用走向長壁后退式綜采放頂煤的采煤方法。南部為采區(qū)運(yùn)輸大巷，東北部為已采的8411、8132、8133工作面，西南部為已采的8409工作面。工作面共布置進(jìn)風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽、切巷、低位抽采巷及高抽巷5條巷道。8410工作面巷道如圖1所示。

8410工作面的地質(zhì)條件:15#煤層煤巖類型為半亮型～光亮型，煤層厚度為6.00～7.55 m，平均厚度為6.64 m。撓曲構(gòu)造附近預(yù)先采取探測方法進(jìn)行煤厚探測，結(jié)果顯示煤層較厚，可采指數(shù)1，變異系數(shù)13.5%。煤層傾角3 °～40 °，平均6 °。本面15#煤層的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一般含夾矸3～4層，煤層結(jié)構(gòu)：0.22(0.13)2.61(0.21)2.28(0.30)0.89，純煤厚6.0 m，夾矸0.64 m。頂?shù)装鍘r體力學(xué)性質(zhì)如表1所示。

工作面煤層底板等高線顯示其起伏變化較大，開采前期為一軸向NE的寬緩背斜形態(tài)，切巷回風(fēng)側(cè)有一撓曲構(gòu)造，煤層傾角最大為20 °；距切巷680 m左右處有一軸向北東的向斜構(gòu)造，煤層傾角為4 °～12 °；開采后期整體為一軸向北東的背斜構(gòu)造，煤層傾角為4 °～14 °。

綜上可知,其綜采工作面地質(zhì)條件復(fù)雜,嚴(yán)重影響了工作面回采速度和安全生產(chǎn)。因此，有必要研究其預(yù)注漿加固方案。

圖1 8410工作面巷道示意圖

表1 頂?shù)装鍘r體力學(xué)性質(zhì)

1 深孔鉆孔布置方案準(zhǔn)備

工作面機(jī)頭處支架俯斜角度較大，采煤機(jī)截割范圍內(nèi)大部分割直接頂泥巖，支架上方由巖石頂板逐漸過渡為煤層頂板，控制關(guān)鍵方向?yàn)橹Ъ芨┬遍_采至揭煤處的頂板強(qiáng)度較低區(qū)域，故加固重點(diǎn)應(yīng)在過渡段[1]?？紤]到鉆孔下斜角度不可過大，將鉆孔布置為一排，但單數(shù)孔與雙數(shù)孔仰角不同，控制范圍為頂板0～5 m高度內(nèi)。

方案設(shè)計(jì)前需要確定工作面行進(jìn)到注漿區(qū)域時的機(jī)采高度范圍，為鉆孔布置提供依據(jù)[2]。

1.1 關(guān)鍵點(diǎn)布置方案

對該區(qū)域采用關(guān)鍵點(diǎn)法，每隔10 m做一個傾向剖面圖，并在剖面圖上預(yù)計(jì)傾向上機(jī)采高度范圍。共選取4個關(guān)鍵點(diǎn)做剖面，分別為a-a、b-b、c-c、d-d剖面。各關(guān)鍵點(diǎn)位置如表2所示。各個剖面如圖2所示，虛線1為機(jī)頭附近機(jī)采高度預(yù)計(jì)。

表2 關(guān)鍵點(diǎn)位置

根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)處傾向剖面，先對關(guān)鍵點(diǎn)處鉆孔進(jìn)行設(shè)計(jì)，再依次對其余位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，各關(guān)鍵點(diǎn)鉆孔參數(shù)見表3。

(a) a-a剖面

(b) b-b剖面

(c) c-c剖面

(d) d-d剖面

表3 各關(guān)鍵點(diǎn)鉆孔參數(shù)

鉆孔設(shè)計(jì)依據(jù)：加固重點(diǎn)在頂板過渡段，機(jī)采高度上方頂板由泥巖過渡到煤層，揭煤后，煤頂厚度小于2 m前，作為重點(diǎn)加固區(qū)域。

1.2 鉆孔施工方式

必須采用分段成孔方式進(jìn)行打孔，分段鉆孔施工分3個階段進(jìn)行：

1) 第一階段。套管安裝及固定。架設(shè)好鉆機(jī)，調(diào)整完鉆進(jìn)角度后，首先使用φ113 mm鉆頭打孔3 m，退出鉆桿和鉆頭，插入套管(套管可以采用108 mm直徑鋼管，每節(jié)長1.5 m，兩節(jié)之間通過絲扣連接，外端一節(jié)焊法蘭盤，另外一片法蘭盤上焊上直通，用于連接高壓注漿管)。上法蘭盤，注雙液漿將套管固定牢固。

2)第二階段。循環(huán)鉆進(jìn)及注漿方式。套管固定完成，打開法蘭盤，將鉆機(jī)上的φ113 mm鉆頭更換為正常94 mm鉆頭打鉆，繼續(xù)鉆進(jìn)10 m，退出鉆桿和鉆頭。采用雙液注漿泵，通過法蘭盤進(jìn)漿口注漿，再進(jìn)行掃孔鉆進(jìn)，之后每向前鉆進(jìn)10 m，就進(jìn)行1次退鉆注漿，通過多次循環(huán)反復(fù)套孔、注漿，從而使?jié){液擴(kuò)散至整個鉆孔覆蓋長度范圍，達(dá)到最佳效果。

3) 第三階段。鉆進(jìn)成孔、注漿。打鉆成孔后，退出鉆桿，下6分鐵管和PVC管，進(jìn)行注漿。

1.3 整體鉆孔布置

加固范圍為距離停采線96.5～136.5 m，總長40 m。自工作面往外施工，第1個鉆孔位置在距離停采線136.5 m處，孔距3 m，到94.5 m結(jié)束，孔徑94 mm，共布置15個鉆孔，依次編號為1#～15#，如圖3所示。各個鉆孔參數(shù)如表4所示。

圖3 鉆孔布置方式平面示意圖

表4 各個鉆孔參數(shù)

2 注漿過程及工藝

工作面從里往外按照鉆孔編號順序施工。具體施工步驟如下：

1)注漿施工前準(zhǔn)備好注漿所需注入的材料、注漿所用各類設(shè)備、封孔用的耗材等。

2)把注漿泵及附、注漿材料等提前運(yùn)至施工地點(diǎn)。

3)將泵、攪拌桶與相應(yīng)動力源連接。

4)檢查泵內(nèi)的液壓油、潤滑油量是否滿足要求，使用前須試運(yùn)轉(zhuǎn)后方可開泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5)對注漿孔進(jìn)行封孔作業(yè)。

6)封孔材料達(dá)到封堵強(qiáng)度后開始注漿。

7)注漿流程。檢查泵及注漿管路的連接等情況―打開輸出閥門―開始注漿―暫停注漿―繼續(xù)注漿―結(jié)束注漿―用清水清洗泵和注漿管路。

8)在注漿過程中，必須注意觀察泵及巷道周圍的狀況。當(dāng)煤壁有返漿(通過多次暫停泵操作仍有漿液流出)出現(xiàn)時，通過間歇注漿使已經(jīng)注入煤體內(nèi)的漿液凝固，泵及注漿管內(nèi)的漿液不失去流動性，從而使封堵漏漿裂隙得到有效封堵，也可在漏漿嚴(yán)重時換注雙液材料，待漏漿通道封堵后再次換注單液材料。

9)清理現(xiàn)場，使用后保持注漿泵、注漿管、料桶、攪拌桶與截止閥等設(shè)備清潔。

3 效果檢驗(yàn)

8410工作面在注漿前通過構(gòu)造時每月消耗煤巖體加固材料60 t，每月推進(jìn)度為35 m，產(chǎn)量為6萬t。

注漿后通過注漿區(qū)域時現(xiàn)場頂板事故頻率明顯下降，現(xiàn)場作業(yè)勞動強(qiáng)度降低，通過期間停止注漿作業(yè)，當(dāng)月推進(jìn)55 m，產(chǎn)量為10萬t。

通過構(gòu)造區(qū)域時注膠量減少68 t，減少煤巖體加固材料消耗成本123.4萬元。注漿工程成本為60萬元，可節(jié)省63.4萬元。

當(dāng)月工作面增產(chǎn)4萬t，以市場銷售價(jià)格400元/t計(jì)算，可增加效益1 600萬元。

4 結(jié)論

對撓曲構(gòu)造區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，注漿技術(shù)可有效降低成本，加快工作面推進(jìn)速度，有效提高礦井生產(chǎn)效益[3-4]。8410工作面試驗(yàn)的注漿技術(shù)可以提高煤體強(qiáng)度，改變力學(xué)性質(zhì)，有效加強(qiáng)頂板的穩(wěn)定性。