柔性注漿加固技術(shù)在工作面煤壁片幫中應(yīng)用

姬 敏

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

1 概況

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦204 工作面位于830 m 水平二采區(qū)左翼，工作面最高標(biāo)高930 m，最低標(biāo)高828 m。工作面東為井田邊界，西為830 系統(tǒng)大巷，南為206 工作面，北與202 工作面相鄰（已回采）。工作面上部主要可采煤層為5#煤層，為未采區(qū)域。

204 工作面設(shè)計(jì)走向長度為1175 m，傾向長度為247 m。工作面回采煤層為9#煤層，平均厚度為2.8 m。9#煤層位于太原組中部，硬度為3。工作面范圍內(nèi)煤體結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，含有二到四層夾矸，夾矸為砂質(zhì)泥巖，夾矸總厚度為0.25～0.35 m。

由于204 工作面與202 工作面采用無煤柱回采工藝，202 工作面回采后存在采空區(qū)殘余應(yīng)力。204工作面在回采前的100 m 范圍內(nèi)，受初次來壓及采空區(qū)殘余應(yīng)力影響，工作面尾部往頭部方向50 m范圍內(nèi)出現(xiàn)大面積煤壁片幫現(xiàn)象，最大片幫深度為2.2 m，最大片幫高度為1.5 m，導(dǎo)致工作面尾部端面頂板距加大，端面破碎嚴(yán)重，移架困難等，不僅制約著工作面安全高效回采，而且威脅著工作面安全回采施工。

2 煤壁片幫維護(hù)措施優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 玻璃鋼錨桿支護(hù)

（1）施工工藝。當(dāng)工作面煤壁出現(xiàn)片幫時(shí)，在片幫處施工支護(hù)鉆孔，鉆孔內(nèi)安裝玻璃鋼錨桿并鋪設(shè)纖維網(wǎng)從而達(dá)到煤壁維護(hù)的目的。傳統(tǒng)玻璃鋼錨桿長度為2.0 m，當(dāng)工作面煤壁片幫高度達(dá)1.0 m時(shí)需在工作面施工兩排以上玻璃鋼錨桿。

（2）存在問題。傳統(tǒng)玻璃鋼錨桿維護(hù)片幫時(shí)，錨桿布置間排距為1.0 m，當(dāng)工作面煤壁片幫面積大時(shí)需施工數(shù)量較多的支護(hù)鉆孔，在鉆孔施工時(shí)對破碎煤壁產(chǎn)生二次破壞作用，加劇了煤壁破碎力度。同時(shí)，錨桿支護(hù)長度為2.0 m，當(dāng)片幫距大于1.5 m時(shí)，錨桿錨固端出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，降低了錨桿支護(hù)效果，對深度片幫維護(hù)效果較差。

2.2 注漿加固

（1）施工工藝。對工作面片幫煤壁施工注漿鉆孔，然后采用注漿泵對鉆孔內(nèi)高壓注入馬麗散或聚氨酯化學(xué)粘合材料，使破碎煤壁進(jìn)行重新粘合，從而提高煤壁整體穩(wěn)定性。

（2）存在問題。采用單一的注漿材料進(jìn)行煤壁粘接，注漿量大，成本費(fèi)用高。而且單一注漿施工時(shí)化學(xué)材料可在煤體橫向煤巖體裂隙不斷擴(kuò)散，對煤體橫向起到有效粘接作用，但是煤壁片幫主要受垂直剪切應(yīng)力作用，使煤壁在縱向方向產(chǎn)生剝離破碎，而傳統(tǒng)單一注漿無法削弱剪切應(yīng)力破壞作用，僅可對局部煤壁片幫起到維護(hù)作用。

3 柔性注漿加固技術(shù)應(yīng)用

3.1 柔性注漿加固技術(shù)原理

柔性注漿加固技術(shù)主要在片幫破碎煤體施工加長鉆孔，并對鉆孔內(nèi)安裝柔性棕繩，最后對鉆孔進(jìn)行注漿施工，使棕繩在注漿作用下具有一定強(qiáng)度的剛性以及延展性，并與破碎煤體穩(wěn)定附著實(shí)現(xiàn)全長錨固作用。柔性注漿加固技術(shù)實(shí)現(xiàn)了注漿對采動(dòng)影響區(qū)煤壁橫向粘接作用，又實(shí)現(xiàn)了柔性棕繩對煤壁縱向垂直剪切應(yīng)力破壞進(jìn)行削弱作用，可對大面積深部片幫煤體起到有效的支護(hù)作用。

3.2 柔性注漿加固材料選擇

（1）柔性棕繩參數(shù)選擇。不同參數(shù)的棕繩延伸率及抗拉強(qiáng)度不同，目前國內(nèi)煤礦采用的棕繩直徑主要有Ф18 mm、Ф21 mm 及Ф24 mm。通過對不同直徑的單位長度棕繩進(jìn)行三次電液伺服拉力試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：Ф18 mm 的棕繩在拉力作用下平均抗拉強(qiáng)度為37 MPa，延伸率為9.2%；Ф21 mm 的棕繩在拉力作用下平均抗拉強(qiáng)度為29 MPa，延伸率為8.4%；Ф24 mm 的棕繩在拉力作用下平均抗拉強(qiáng)度為59 MPa，延伸率為15%。為了適應(yīng)大變形破碎片幫煤壁支護(hù)需求，決定選用Ф24 mm 的棕繩。

（2）注漿材料選擇。通過對204 工作面片幫煤體觀察發(fā)現(xiàn)，片幫煤體成鱗狀結(jié)構(gòu)，煤體內(nèi)裂隙發(fā)育充分，裂隙率達(dá)52%，裂隙最大延伸長度為1.4 m。為了實(shí)現(xiàn)煤壁快速粘接作用，并對裂隙區(qū)進(jìn)行充分填充，決定選用聚氨酯化學(xué)材料粘合劑。

3.3 施工工藝

（1）首先采用手持式鉆機(jī)配套麻花鉆桿以及直徑為42 mm“八”字型鉆頭進(jìn)行鉆孔施工。深度為8.0 m，鉆孔布置間距為3.0 m，鉆孔施工在距頂板1.5 m 處，鉆孔以10°仰角布置。

（3）鉆孔施工完后將柔性棕繩與注漿管捆綁送至鉆孔內(nèi)，如圖1 所示。為防止?jié){液外漏，可采用紗布、砂漿對鉆孔進(jìn)行封孔處理，最后采用2ZBQ40/11 型注漿泵進(jìn)行煤體注漿施工，注漿壓力為3～5 MPa。

圖1 204 工作面片幫煤壁柔性注漿加固工藝施工示意圖

3.4 柔性注漿加固技術(shù)應(yīng)用分析

通過對204 工作面采取柔性注漿加固技術(shù)進(jìn)行片幫煤壁加固發(fā)現(xiàn)，該支護(hù)技術(shù)具有顯著應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)。

（1）柔性注漿加固技術(shù)與其他單一的錨桿支護(hù)或注漿支護(hù)相比，可通過注漿使柔性棕繩在煤體內(nèi)形成全長錨固柔性支護(hù)體，能夠穩(wěn)定的與煤巖體進(jìn)行附著錨固，具有較強(qiáng)的延伸度及剛度。

（2）通過實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，在破碎片幫煤壁中棕繩的直徑越大，其延展性及剛度越強(qiáng)，抗拉強(qiáng)度越大，對片幫距大于2.0 m 的煤壁維護(hù)效果越好，能夠有效抑制煤壁片幫深度及片幫高度。

（3）與傳統(tǒng)支護(hù)相比，該支護(hù)技術(shù)既能防止縱向煤壁剪切破壞作用，又能對整體煤壁進(jìn)行注漿加固作用，解決了傳統(tǒng)錨桿支護(hù)強(qiáng)度低等技術(shù)難題，具有顯著的防煤壁片幫作用。

4 結(jié)語

對工作面片幫煤壁采取柔性注漿加固技術(shù)后，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，經(jīng)柔性注漿加固后煤壁在后期回采中片幫現(xiàn)象得到有效控制，最大片幫高度0.5 m，降低了70%；最大片幫深度為0.3 m，降低了86%，保證了工作面安全高效回采，取得了明顯成效。