綜采工作面過大落差斷層綜合技術應用研究

任 禹

（淮南礦業(yè)集團朱集東煤礦，安徽 淮南 232001）

大采高工作面在過斷層、陷落柱等構(gòu)造區(qū)域時會出現(xiàn)不同程度頂板下沉、片幫、底鼓，甚至引起冒頂[1]。本文以朱集東煤礦1122（3）工作面為研究對象，針對性提出解決方案，并對施工效果進行評價。

1 概述

朱集東煤礦主采11、13號煤，13-1下距11-2煤層平均間距66 m，煤層平均厚度分別為4 m、1.32 m。1122（3）工作面為東一南盤13-1煤首采面（圖1），工作面標高-848.3～ -887.1 m，地面標高+22.1～ +23.5 m。該面平均煤厚4.0 m，煤層傾角3°，面內(nèi)揭露最大斷層DF112落差4～9.5 m，橫跨工作面，嚴重影響回采。DF112斷層在3#異常區(qū)內(nèi)，3#異常區(qū)影響范圍1497～1610 m，其中影響軌順G1497 m～G1554 m（57 m）、影響運順G1540 m～G1610 m（70 m U型棚段）。

圖1 1122（3）兩順槽剖面圖

2 施工方案

采用“加強支護+超前兩巷注漿+工作面動態(tài)注漿”的方式加固頂幫?；夭汕埃瑢?122（3）工作面兩條順槽巷道進行加強支護并超前注漿。回采過程中，進行動態(tài)注漿，加強頂幫承載力。

方案一：加強支護+巷道圍巖淺部注漿。

方案二：加強支護+巷道圍巖淺部注漿+巷道圍巖深部注漿。

在工作面回采時，隨著工作面采動進行動態(tài)注漿。

2.1 巷道支護

1122（3）工作面順槽原采用錨網(wǎng)索支護。頂錨桿為Ф20 mm的左旋螺紋鋼錨桿，錨桿長度為2400 mm，間排距1 m×1 m；幫錨桿為Ф16 mm的A3鋼錨桿，長度1800 mm，間排距為750 mm×900 mm。每排布置三根Ф17.8 mm的鋼絞線錨索，長度6500 mm，錨索間排距1.3 m×2 m。加強支護圖如圖2。

圖2 加強支護圖

2.2 超前注漿

1122（3）工作面兩順槽斷層影響處頂幫部較為破碎，為切實改善巷幫圍巖性質(zhì)，使圍巖形成整體，增強圍巖承載力，減少巷道后期維修成本，在巷道頂幫采用注漿加固方式[2]。

兩巷超前注久米納礦用無機加固復合砂漿。該材料可注性優(yōu)越，穩(wěn)定性好，可有效防止?jié){液沉淀分層導致的空隙堵塞；水灰比在0.3～0.4之間，能夠最大限度地降低過量水導致的巖層弱化問題；固結(jié)體強度高，28 d試樣單軸抗壓強度可達56 MPa，與碎煤混合40 h后即可達到20 MPa強度。

方案二在方案一基礎上，進一步對頂幫深部煤體進行注漿加固。淺部鉆孔，排距3000 mm，鉆孔間距2000 mm，矩形布置，孔深3000 mm，射漿管長2000 mm，注漿壓力2～4 MPa；深部鉆孔，排距3000 mm，鉆孔間距2000 mm，矩形布置，孔深8000 mm，射漿管長7000 mm，注漿壓力4～6 MPa。注漿鉆孔布置圖如圖3。

圖3 注漿鉆孔布置圖

2.3 動態(tài)注漿

工作面揭露斷層后，在工作面注固瑞特化學材料加固頂幫[3]。工作面回采至1545 m 處時開始對DF112斷層下盤煤頂板施工注漿鉆孔，在工作面破碎區(qū)域每3～5架布置一個注漿孔，距工作面頂板0.3～1.5 m，仰角8°～14°，孔深4～8 m，采用Ф42鉆頭進行施工，注漿孔數(shù)：61個，注漿用量：70 t（2800桶）。

3 數(shù)值模擬

由圖4可知，采用注漿方式后，巷道圍巖得到改善，最大應力約為1 MPa，出現(xiàn)在巷道底部位置[4-5]。采用方案一加固后，巷道塑性變形區(qū)域有效減小，主要集中在巷道底部及底板位置，巷道兩幫塑性變形區(qū)最大深度為2.7 m，頂板塑性變形區(qū)最大深度為0.9 m，底板塑性變形區(qū)最大深度為2.1 m。采用方案二加固后，巷道塑性變形區(qū)域明顯減小，主要集中在巷道底部位置，巷道兩幫塑性變形區(qū)最大深度為2.1 m，頂板塑性變形區(qū)最大深度為0.7 m，底板塑性變形區(qū)最大深度為1.6 m。

圖4 注漿加固位置圍巖最小主應力云圖

4 應用效果

在1122（3）工作面動態(tài)注漿前，對運順和軌順段分別進行注漿加固試驗，試驗段均為20 m，觀測巷道表面位移變化，每段布置2個測站。每個試驗段第一個測站位置位于斷層影響段以里5 m，第二個測站位于斷層影響段以里10 m。

由圖5可知，采用方案一加固支護方式后，在前8 d，巷道頂?shù)?、兩幫移近量變化較大，分別達到85 mm和260 mm；在第8～25 d左右移近量變化明顯減小，頂?shù)住蓭鸵平糠謩e增加了50 mm、75 mm；25 d后，基本無增長，穩(wěn)定在135 mm、335 mm。采用方案二加固支護方式后，在前8 d，巷道頂?shù)?、兩幫移近量明顯減小，分別達到68 mm和75 mm；在第8～35 d左右移近量變化明顯減小，頂?shù)住蓭鸵平糠謩e增加30 mm、80 mm；35 d后，基本無增長，穩(wěn)定在98 mm、155 mm。相比較而言，方案二較方案一頂?shù)?、兩幫移近量分別減少27%和54%，較原支護方式（頂?shù)?、兩幫圍巖移近量分別超過430 mm和880 mm）而言，頂?shù)住蓭鸵平糠謩e減少77%和85%。

圖5 巷道移近量-時間曲線

5 結(jié)語

采用“加強支護+超前兩巷注漿”的方式加固頂幫，能有效控制巷道圍巖變形，較原支護頂?shù)?、兩幫移近量分別減少77%和85%。采用工作面動態(tài)注漿，能夠明顯提高工作面回采進度，經(jīng)統(tǒng)計回采速率由0.33 m/d提高到0.73 m/d，提高了1.2倍，提前12 d過完破碎區(qū)域，確保了安全生產(chǎn)。