3308II 綜放工作面過斷層構(gòu)造帶注漿加固技術(shù)應(yīng)用

趙子勛

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽煤礦分公司萬里井，山西 晉城 048000）

在煤礦開采進(jìn)程中，工作面推進(jìn)時常會遇到斷層、構(gòu)造帶等不良地質(zhì)條件，受斷層構(gòu)造帶等的影響，局部區(qū)域圍巖及煤體的整體性較差，經(jīng)常表現(xiàn)出破碎、強(qiáng)度低、不穩(wěn)定等特點(diǎn)，若不能很好地控制圍巖穩(wěn)定，工作面在推過時，尤其是在大采高綜放條件下，極易導(dǎo)致事故災(zāi)害發(fā)生。注漿加固是解決上述問題的一種有效措施，通過將漿液注入破碎圍巖，將原本較為破碎的煤巖體膠結(jié)成塊，形成相對更加連續(xù)完整的整體，有效增強(qiáng)了圍巖的強(qiáng)度，防止或減少冒頂、垮落發(fā)生[1-10]。

1 工程概況

萬里礦井田位于山西省澤州縣下村鎮(zhèn)萬里村東0.5 km，距晉城市25 km。礦井設(shè)計(jì)產(chǎn)能300 kt/a，采用立井開拓。3308II 綜放工作面布置在+730 m水平，井下標(biāo)高+736～ +753 m，工作面斜長116 m，3 號煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層厚度為6.25～6.40 m，平均厚度為6.33 m，煤層傾角8°～15°，為緩傾斜煤層，含有夾矸0～3 層，硬度f=3。煤層頂?shù)装鍘r性描述見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

通過在工作面上下順槽布置注漿站，提前向工作面前方注漿，保證工作面過斷層時的安全生產(chǎn)。

2 工程應(yīng)用

2.1 注漿加固原理

注漿加固，是通過使用高壓注漿泵，沿定向鉆孔朝著裂隙區(qū)域壓入具有凝結(jié)作用的漿液，漿液在高壓作用下，滲透進(jìn)入破碎帶、裂隙帶的縫隙，在催化劑的作用下，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成膠結(jié)狀產(chǎn)物，與周圍破碎的巖體、煤體一起構(gòu)成連續(xù)支撐體，從而避免在工作面推過時，大量的松散破碎的巖塊導(dǎo)致垮落、片幫、冒頂。按照注漿方式不同，可劃分為四種類型：

（1）滲透。帶壓注漿，壓力大小不足以破壞原有地質(zhì)構(gòu)造，但完全可以把漿液加壓滲入裂隙，將破碎巖體膠結(jié)為一體。

（2）壓密。漿液進(jìn)入裂隙后，置換出原有氣體，擠壓松散的巖體更加緊實(shí)。

（3）劈裂。注漿壓力超過原巖應(yīng)力后，引起更大范圍的劈裂及裂隙發(fā)育，從而達(dá)到改善巖體強(qiáng)度的目的。

2.2 注漿材料

常用的注漿材料按屬性分為無機(jī)和有機(jī)兩種。無機(jī)材料主要為水泥類注漿材料，此類注漿材料具有便宜、易用等特點(diǎn)，缺點(diǎn)是需要長時間加壓注入，注入后需要凝結(jié)時間。常用的有機(jī)注漿材料有聚氨酯、漏必堵等高分子材料，此類材料因反應(yīng)快、膨脹率高等特點(diǎn)，注漿后幾乎不需要預(yù)留凝結(jié)時間，可適應(yīng)快速施工需要。因此，本次選用天固有機(jī)注漿材料。漿液注入后，可迅速凝固膠結(jié)，且具有較好的放水性、柔韌性，即可以使用常規(guī)的注漿泵加壓注入，又可以滿足膨脹膠結(jié)的需求。

2.3 注漿設(shè)備

結(jié)合礦井生產(chǎn)實(shí)際及注漿需要，選擇使用型號為ZBQS-10/10 多功能氣動注漿泵，配合混合槍、高壓膠管、封孔器使用。打孔使用工作面現(xiàn)有的液壓鉆機(jī)，配備麻花鉆桿。

2.4 注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)斷層分布位置，分別在3308II 綜放工作面回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷布置①號、②號兩個注漿站，在注漿站內(nèi)向煤壁打鉆，形成1#、2#注漿通道。注漿站及注漿通道布置示意如圖1。

為減少鉆孔施工，降低工作量，盡量使用巷道內(nèi)已有的瓦斯抽采鉆孔加深補(bǔ)孔使用。每個注漿站布置上下2 排5 個鉆孔，鉆孔傾角8°～15°，鉆孔相互間隔3 m，鉆孔長度40～80 m，鉆孔水平相互間隔3 m，兩排之間豎直間距1.5 m，鉆孔長度40～80 m。注漿站內(nèi)鉆孔布置示意如圖2。

圖1 注漿站及注漿通道布置示意圖

圖2 注漿站鉆孔布置示意圖

2.5 注漿工藝

（1）注漿加固過程

注漿加固過程按照鉆孔設(shè)計(jì)、注漿施工、現(xiàn)場評估、停止作業(yè)四個步驟進(jìn)行。注漿加固需要進(jìn)行打孔、封孔、注漿三個步驟。鉆孔完畢后將注漿管深入孔底，完成封孔后開始注漿，當(dāng)漿液初步填充完畢后，會產(chǎn)生回流，此時煤巖體內(nèi)現(xiàn)有較大裂隙被填充到位。需保持一定注漿壓力繼續(xù)注漿，漿液在高壓作用下向裂隙內(nèi)部滲透，直至高壓保持一段時間后停止注漿。一定時間內(nèi)，漿液固化，原本破碎的煤巖體被膠結(jié)成為一個整體，較原有狀態(tài)強(qiáng)度增大，承載能力增強(qiáng)。

（2）注漿壓力設(shè)計(jì)

注漿壓力對漿液能否充分填充裂隙具有較大影響，壓力不夠會造成注漿效果打折，壓力太大則會造成劈裂注漿，更加劇煤巖體破碎，導(dǎo)致片幫、冒頂。因此，單孔注漿壓力可采用以下公式初步計(jì)算：

P=（2.5～2）H×r/100

式中：P 為注漿最大壓力，MPa；H 為注液點(diǎn)到靜水位的水柱高，m；r 為水的密度，取1。

3 效果分析

（1）可視效果

現(xiàn)場觀測可見，注漿前3308II 綜放工作面煤壁較為破碎，片幫、冒頂經(jīng)常發(fā)生，嚴(yán)重影響回采效率；注漿后，回采可見膠結(jié)后的煤巖體，煤壁完整程度較好，片幫、冒頂情況減少明顯。

（2）現(xiàn)場監(jiān)測

現(xiàn)場應(yīng)用注漿加固技術(shù)后，在3308II 綜放工作面過斷層前后，對現(xiàn)場出現(xiàn)煤壁片幫、垮落、冒頂情況進(jìn)行短期監(jiān)測。得出注漿加固前后發(fā)生冒頂片幫的對比情況，詳見表2。

表2 注漿加固前后工作面冒頂片幫對情況比

經(jīng)過短期連續(xù)監(jiān)測，注漿加固后工作面冒頂片幫情況改善明顯，冒頂深度減小75%以上，頻次降低達(dá)60%，夾矸率降低61%，片幫深度減小64.7%，頻次降低65.7%，效果明顯。

4 結(jié)語

（1）目前常用的注漿加固材料有無機(jī)材料和有機(jī)材料，因優(yōu)缺點(diǎn)不同，適用場景有所不同，需根據(jù)具體工程需求、注漿深度來具體選擇，揚(yáng)長避短。

（2）因地制宜選擇注漿加固材料，可以有效提高構(gòu)造帶附近圍巖整體性，提升支撐力，完成對破碎圍巖的加固，減少冒頂、片幫等次生災(zāi)害對設(shè)備人員安全的損害。

（3）注漿壓力及注漿量需經(jīng)計(jì)算得出，選擇合適的注漿壓力及注漿量，以求取得良好的注漿效果。

（4）經(jīng)過短期連續(xù)監(jiān)測，注漿加固后工作面冒頂片幫情況改善明顯，冒頂深度減小75%以上，頻次降低達(dá)60%，夾矸率降低61%，片幫深度減小64.7%，頻次降低65.7%，效果明顯。

（5）實(shí)踐表明，綜放工作面過斷層使用注漿加固技術(shù)來解決冒頂、片幫災(zāi)害是可行的，可有效解決煤巖體破碎、完整度差的問題，應(yīng)用取得良好效果，對同類型工作面過斷層問題具有一定借鑒意義。