綜采工作面過斷層巷道注漿加固技術(shù)研究

王立新

【摘 要】 文章針對綜采工作面過斷層巷道頂板較為破碎，提出了采用注漿加固保證頂板的完整性的方法。8102-3工作面回采至斷層區(qū)域頂板破碎，需要對巷道圍巖進(jìn)行二次注漿加固，保證巷道圍巖完整性。采用 FLAC3D模擬得到 F10斷層區(qū)域注漿后運(yùn)輸巷塑性區(qū)范圍、頂?shù)装逦灰屏棵黠@減小，注漿有效提高頂板承載能力和穩(wěn)定性。根據(jù)工作面地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)了注漿參數(shù)，并采用“十字布點(diǎn)”的方式監(jiān)測頂板下沉量，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知，注漿加固能夠保證頂板完整性，減小頂板下沉量，效果明顯，不僅有效控制了斷層區(qū)域頂板的穩(wěn)定性，也為相似條件下的巷道支護(hù)提供了參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】 斷層;注漿;圍巖變形;塑性區(qū)

【中圖分類號】 TD265.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）03-0003-03

斷層是礦井最常見的地質(zhì)構(gòu)造，尤其是落差大的斷層，受動壓影響頂板易破碎，給工作面支護(hù)增加難度。近年來礦井也采用了一些支護(hù)措施，如增加錨桿、錨索的支護(hù)密度等，雖然一定程度提高了頂板的支護(hù)強(qiáng)度，但受斷層落差大等因素的影響，支護(hù)后容易出現(xiàn)“網(wǎng)包”現(xiàn)象，影響支護(hù)安全。因此，需要對斷層區(qū)域巷道頂板進(jìn)行注漿加固，黏聚破碎圍巖裂隙，減小松動圈，提高頂板的承載能力，保證頂板的完整程度，避免出現(xiàn)工作面過斷層時(shí)發(fā)生冒頂事故，造成人員傷亡和壓壞設(shè)備。雖然國內(nèi)外眾多學(xué)者對巷道過斷層支護(hù)措施進(jìn)行了大量研究，提出了通過加密錨桿、錨網(wǎng)的密度提高支護(hù)強(qiáng)度，取得了一定效果，但是斷層附近頂板仍較為破碎。本文以 8102-3工作面巷道過斷層為研究對象，提出在原錨網(wǎng)索支護(hù)的前提下，采用注漿加固保證頂板的完整性和穩(wěn)定性，確保了工作面安全回采。

1工作面概況

8102-3工作面東部為8102-2工作面，西部為8102-4工作面，南部為5102-1巷（B段）以及2102巷，北部為8103回采工作面，主采2#煤層，平均厚度3.8m，平均傾角5°。頂板主要由泥巖、砂質(zhì)泥巖構(gòu)成，巖層強(qiáng)度低，尤其是在斷層影響下，頂板極易破碎，給支護(hù)造成難度。工作面共揭露13條斷層，其中對工作面回采影響較大的8條，如表1所示。

2巷道原支護(hù)措施

8102-3工作面巷道原采用錨網(wǎng)索支護(hù)，支護(hù)參數(shù)如表2所示。由于工作面過斷層數(shù)量多且落差大，巷道受動壓影響，頂板變形量大，為進(jìn)一步提高巷道頂板的支護(hù)強(qiáng)度，避免發(fā)生冒頂事故，采用21.6mm×10000mm的恒阻錨索進(jìn)一步加固巷道頂板。根據(jù)巷道的寬度，共布置3列恒阻錨索，沿著垂直方向向頂板施工。錨網(wǎng)索支護(hù)雖然能提高8102-3工作面圍巖承載能力，但受頂板巖層強(qiáng)度低和部分?jǐn)鄬勇洳畲蟮纫蛩赜绊?，原支護(hù)方式已不足以保證頂板的穩(wěn)定性，斷層區(qū)域圍巖變形量依然較大，需對頂板進(jìn)行二次注漿加固，黏聚破碎圍巖裂隙，保證頂板巖層的完整性。

3注漿加固數(shù)值模擬

3.1模擬方案

F10斷層在8102-3運(yùn)輸巷28m處，傾角60°，落差4.0m，預(yù)計(jì)延伸入工作面80m。采用FLAC3D模擬F10斷層區(qū)域注漿前后圍巖變形量和塑性區(qū)分布，確定注漿加固圍巖效果。建立380m×460m×45m的數(shù)值模型，上部巖層平均泊松比取0.22，平均容重取2200kg/m3，故模型頂部載荷為11.8MPa，底部載荷為13.05MPa。

3.2模擬結(jié)果分析

3.2.1未開采注漿前后運(yùn)輸巷圍巖變形分析

8102-3運(yùn)輸巷掘進(jìn)采用錨網(wǎng)索支護(hù)，當(dāng)工作面未開采時(shí)，模擬注漿前后巷道頂板變形量，根據(jù)模擬結(jié)果可知，8102-3運(yùn)輸巷F10斷層區(qū)域注漿前頂板變形量為31mm、注漿后為13mm，注漿后比注漿前頂板變形量減小了58%，注漿加固巷道頂板效果明顯。

根據(jù)模擬結(jié)果，8102-3運(yùn)輸巷F10斷層區(qū)域注漿前后底板變形量變化相對較小，注漿前頂板變形量為11.2mm、注漿后為8.3mm，注漿后比注漿前頂板變形量減小了27%，注漿加固不僅能改善頂板的支護(hù)強(qiáng)度，還能夠減小底板的變形量。

3.2.2開采后注漿前后圍巖變形分析

8102-3運(yùn)輸巷掘進(jìn)采用錨網(wǎng)索支護(hù)，當(dāng)工作面開采后，模擬注漿前后圍巖塑性分布情況。由模擬得知，8102-3工作面回采后，采空區(qū)圍巖出現(xiàn)了不同程度的塑性變形破壞。通過對比能夠看出，注漿后采空區(qū)圍巖塑性變形破壞情況有明顯改善，注漿后頂板完整性和穩(wěn)定性提高，圍巖未出現(xiàn)塑性破壞。

8102-3工作面開采后，通過模擬得到F10斷層區(qū)域注漿加固前后圍巖變形量如圖1所示。

由圖1（a）可知，8102-3工作面開采后，F(xiàn)10斷層區(qū)域注漿前后頂板最大位移量分別為89mm、80mm，注漿后減小10%。

由圖1（b）可知，8102-3工作面開采后，F(xiàn)10斷層區(qū)域注漿前后運(yùn)輸巷底板最大位移量分別為11mm、7.5mm左右，注漿后相對于注漿前底板位移量減小了32%。通過底板變形量可知，巷道掘進(jìn)后斷層區(qū)域動壓影響較大，底板易出現(xiàn)應(yīng)力集中，發(fā)生變形破壞，但相對于頂板變形量小，注漿后底板變形量進(jìn)一步減小。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知，注漿能夠改善巷道圍巖的變形量。

4工程實(shí)踐

8102-3工作面采用錨網(wǎng)索支護(hù)后，雖然能夠提高圍巖的支護(hù)強(qiáng)度，但受斷層影響，在動壓作用下，頂板易破碎。因此，需要采用二次注漿加固提高頂板圍巖的承載能力，減小動壓對圍巖破壞，注漿設(shè)備如表3所示。

在8102-3運(yùn)輸巷頂板布置注漿鉆孔加固巷道頂板，減小頂板的破損程度，保證頂板的穩(wěn)定性，注漿參數(shù)如表4所示。

5注漿加固效果檢驗(yàn)

8102-3運(yùn)輸巷采用注漿加固后，采用“十字布點(diǎn)”法驗(yàn)證支護(hù)效果，監(jiān)測1個月頂板變形量，監(jiān)測結(jié)果如表5所示。

由表5可知，在監(jiān)測的一個月時(shí)間內(nèi)，頂板下沉速率逐漸趨于穩(wěn)定，頂板變形量明顯減小，注漿效果明顯，改善了巷道圍巖的應(yīng)力條件，保證了8102-3工作面斷層區(qū)域的安全生產(chǎn)。

6結(jié)論

8102-3工作面回采至斷層區(qū)域頂板破碎，需要對巷道圍巖進(jìn)行二次注漿加固，保證巷道圍巖完整性。本文采用FLAC3D模擬得到F10斷層區(qū)域注漿后運(yùn)輸巷塑性區(qū)范圍、頂?shù)装逦灰屏棵黠@減小，注漿有效提高頂板承載能力和穩(wěn)定性。根據(jù)工作面地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)了注漿參數(shù)，并采用“十字布點(diǎn)”的方式監(jiān)測頂板下沉量，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知，注漿加固能夠保證頂板完整性，減小頂板下沉量，效果明顯，不僅有效控制了斷層區(qū)域頂板的穩(wěn)定性，也為相似條件下的巷道支護(hù)提供了參考借鑒。

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