97309綜采工作面過斷層注漿加固技術(shù)研究

郭 鵬

（山西晟泰能源投資有限公司，山西 晉城 048000）

斷層是煤炭回采時常遇地質(zhì)構(gòu)造，采面過斷層時易發(fā)生頂板冒落、煤壁片幫等事故，從而給煤炭回采安全帶來一定威脅[1-2]。在采面過斷層期間采取適當(dāng)措施對破碎、不穩(wěn)定煤巖體進(jìn)行改造，可為煤炭回采安全創(chuàng)造良好條件[3]。為此，以寺河煤礦二井97309綜采工作面過斷層為研究對象，提出采用注漿加固方式對斷層破碎帶煤巖體進(jìn)行改造，為采面過斷層創(chuàng)造了良好條件。

1 工程概況

97309工作面走向長690 m，傾斜長180 m，回采9號煤，埋深390 m，煤層厚度1.6 m，傾角3°。頂?shù)装鍘r層巖性以砂巖為主，具體見表1。

表1 9號煤頂?shù)装鍘r性

回采巷道揭露地質(zhì)情況是掌握回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的重要手段。97217巷（進(jìn)風(fēng)巷）掘進(jìn)期間揭露DF41、DF102斷層，97219巷（輔助進(jìn)風(fēng)及運(yùn)輸巷道）掘進(jìn)期間揭露DF32斷層，97220巷（主回風(fēng)巷）掘進(jìn)期間未揭露斷層。根據(jù)后期物探以及鉆探成果發(fā)現(xiàn)，采面回采至260 m時會揭露DF32斷層（H=1.0～2.1 m，213°∠30°），回采 至351.3 m時 揭 露DF41斷 層（H=0.5～1.0 m，257°∠58°），回采至629.8 m時揭露DF102斷層（H=1.2～2.5 m，223°∠49°）。在采面過斷層期間圍巖破碎，冒落以及片幫風(fēng)險較高。

2 注漿加固方案

2.1 注漿加固材料

為了提高斷層影響帶附近破碎煤巖體強(qiáng)度，降低注漿加固成本，注漿采用凱密安材料。該材料為新型的無機(jī)加固材料，材料膠結(jié)過程中不會產(chǎn)生大量的熱，同時可對破碎煤巖體有較好的膠結(jié)效果[4]。該材料由A、B兩種漿液構(gòu)成，漿液混合3～10 min后即可膠結(jié)，按照0.8:1水灰比配合1 h后，漿液凝結(jié)強(qiáng)度可達(dá)到8 MPa以上，可滿足井下破碎煤巖體加固需要。注漿材料性能參數(shù)見表2。

表2 注漿材料性能參數(shù)

2.2 注漿加固鉆孔布置

常用的注漿鉆孔布置方式有兩種：一種是回采巷道內(nèi)超前注漿；一種是采面內(nèi)注漿?；夭上锏纼?nèi)超前注漿可降低注漿對采面回采影響，但是需要精準(zhǔn)掌握斷層賦存參數(shù)以及延展情況；采面內(nèi)注漿可提高注漿精準(zhǔn)性，降低注漿漿液消耗量，但是注漿一般在一定程度上影響采面推進(jìn)[5-7]。

寺河礦二井生產(chǎn)任務(wù)繁重，若由于注漿加固導(dǎo)致采面無法快速推進(jìn)顯然不能滿足礦井生產(chǎn)需要。為此，選用在回采巷道內(nèi)超前注漿方式對斷層影響帶內(nèi)破碎煤巖體進(jìn)行加固。

2.2.1 鉆孔布置及封孔

97217巷（進(jìn)風(fēng)巷）掘進(jìn)期間揭露DF41、DF102斷層，97219巷（輔助進(jìn)風(fēng)及運(yùn)輸巷道）掘進(jìn)期間揭露DF32斷層，為此，分別在97217巷、97219巷布置注漿孔對揭露的3條斷層進(jìn)行加固，加固范圍均為10 m。以加固DF41斷層破碎帶為例，對注漿加固鉆孔布置參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。

在97217巷內(nèi)布置的注漿加固鉆孔分2排布置，其中第一排鉆孔距離巷道底板1.0 m，主要起到加固斷層影響帶內(nèi)破碎煤體作用；第二排鉆孔距離巷道底板2.5 m，主要起到加固破碎帶內(nèi)巖層作用。第一排、第二排鉆孔仰角分別為1°～2°、3°～4°，鉆孔孔深均為65 m，實(shí)現(xiàn)對斷層在采面發(fā)育范圍全覆蓋注漿。具體注漿鉆孔布置如圖1。

圖1 注漿孔布置示意圖

注漿鉆孔封孔采用“兩堵一注”方式，封孔長度設(shè)計為6 m，封孔管為直徑20 m無縫鋼管，封孔材料為雙液速凝材料。具體封孔結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 “兩堵一注”封孔結(jié)構(gòu)

2.2.2 注漿參數(shù)

（1）注漿壓力

注漿壓力過大會導(dǎo)致鉆孔漏漿嚴(yán)重，同時會在煤巖體中形成新的裂隙，注漿壓力過小則存在注漿效果不佳問題。根據(jù)礦井以往注漿經(jīng)驗并結(jié)合現(xiàn)場試注情況，選擇高壓注漿方式進(jìn)行注漿，注漿壓力設(shè)計為8～10 MPa，當(dāng)鉆孔漏漿嚴(yán)重時將注漿壓力降低至6 MPa。

（2）注漿量

注漿量與注漿壓力、煤巖體裂隙擴(kuò)展情況以及注漿長度等因素相關(guān)。初步估算單個注漿孔注漿量控制在450 kg。

3 注漿效果

在97217巷注漿完成后，布置窺視鉆孔分析注漿加固效果。由圖3可知，采用凱密安注漿對DF41斷層破碎帶加固后，巖層裂隙被注漿漿液充填，從而可在一定程度上提升破碎煤巖體強(qiáng)度及穩(wěn)定性。

圖3 鉆孔窺視圖

在采面回采過DF41斷層破碎帶期間對頂板以及煤壁穩(wěn)定性進(jìn)行記錄，雖然采面過斷層期間處于仰斜開采，但煤壁未出現(xiàn)片幫，頂板未有冒落。表明在97217巷進(jìn)行超前注漿后，斷層破碎帶煤巖體穩(wěn)定性得以明顯提升，可為采面安全、快速過斷層創(chuàng)造良好條件。

4 結(jié)論

（1）97309綜采工作面需要采用仰采方式過斷層，斷層破碎帶內(nèi)煤巖體破碎，若不采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧O其容易導(dǎo)致煤壁大范圍片幫、頂板冒落或者架間漏頂問題。為此，提出在回采巷道內(nèi)布置鉆孔對斷層破碎帶煤巖體進(jìn)行加固。

（2）以采面過DF41斷層為具體實(shí)例，對鉆孔布置方案、注漿參數(shù)以及注漿效果等進(jìn)行分析?，F(xiàn)場應(yīng)用后，采面過斷層期間未有片幫、冒頂?shù)仁鹿拾l(fā)生，表明超前注漿技術(shù)方案取得較好的應(yīng)用成果。

（3）在采面后續(xù)過斷層時可分別在97217巷揭露DF102斷層位置以及97219巷揭露DF32斷層位置布置注漿鉆孔，對斷層破碎帶進(jìn)行加固，確保采面過斷層安全。