8128 綜采工作面破碎頂板注漿加固控制技術(shù)研究

邢佳俊

（華陽集團(tuán)新景公司，山西 陽泉 045000）

隨著煤炭開采逐漸轉(zhuǎn)入深部，由于高地應(yīng)力的作用，導(dǎo)致工作面頂板來壓顯現(xiàn)劇烈，容易危及礦井安全生產(chǎn)[1-5]。新景煤礦8128 工作面頂板軟弱且破碎現(xiàn)象嚴(yán)重，以新景煤礦8128 綜采工作面為研究背景，分析工作面頂板破碎的主要影響因素，采用注漿加固的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綜采工作面圍巖控制。

1 工程背景

新景煤礦目前主采8#煤層，正在回采的8128工作面位于8#煤蘆南區(qū)北翼采區(qū)，東為8127 工作面（已掘），南為8#煤蘆南區(qū)北翼采區(qū)大巷，西為8129 工作面（未掘），北為525 水平中條帶大巷。工作面埋深336～506 m，平均埋深421 m，走向長(zhǎng)1189 m，傾斜長(zhǎng)220 m，面積261 580 m2。8128 工作面煤層平均厚度2.94 m，基本頂為6.65 m 的中粒砂巖，直接頂為8.08 m 的泥巖，直接底為1.87 m的砂質(zhì)泥巖。

2 破碎頂板注漿加固機(jī)理分析

2.1 軟巖破碎頂板破壞特征分析

一般情況下，直接頂巖體內(nèi)部的原生、次生裂隙導(dǎo)致巖體內(nèi)部形成形態(tài)各異的各種巖塊，巖塊相互鉸接，在自然狀態(tài)下處于靜力平衡狀態(tài)[6-7]。隨著工作面的正常回采，巖體內(nèi)部原有的平衡狀態(tài)被打破，巖塊沿結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑移。巖塊內(nèi)部的垂直載荷常用P表示，將P進(jìn)行正交分解，可以得出塊體的穩(wěn)定性系數(shù)如式（1）：

8128 工作面直接頂為厚8.08 m 的泥巖，強(qiáng)度較低，整體較破碎，在工作面開采過程中，由于采動(dòng)應(yīng)力的作用，工作面頂板片幫現(xiàn)象嚴(yán)重。通過對(duì)直接頂巖塊的穩(wěn)定性系數(shù)分析可以發(fā)現(xiàn)，巖塊的穩(wěn)定性系數(shù)與巖塊粘結(jié)力、接觸面積及內(nèi)摩擦角強(qiáng)度有較大關(guān)聯(lián)。因此，通過注漿加固的方法，提高巖體強(qiáng)度，可有效解決頂板破碎造成的工作面頂板片幫問題。

2.2 頂板注漿加固機(jī)理分析

一般情況下，對(duì)于工作面頂板，注漿可使得頂板內(nèi)部的裂隙發(fā)生閉合。由于未實(shí)施注漿時(shí)巖體內(nèi)部的C、S 值普遍較小，注漿并不能對(duì)煤巖體內(nèi)部原有的力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生影響，但卻有效提高了巖體內(nèi)部原有的接觸面積，由于漿液的粘結(jié)作用，使注漿后的巖塊內(nèi)部接觸面積提高，即C 值增大，因此，通過注漿的方法，可有效提高巖塊的穩(wěn)定性系數(shù)，可保證工作面頂板圍巖的完整性。

注漿加固工作面破碎頂板的原理即為采用漿液對(duì)頂板裂隙進(jìn)行充填，固結(jié)圍巖的裂隙面，使頂板裂隙達(dá)到一定程度的閉合，有效提高圍巖的完整性，使圍巖的整體承載能力有所提高，以達(dá)到保證頂板圍巖穩(wěn)定的目的[8-10]。對(duì)工作面頂板易發(fā)生冒頂及幫部出現(xiàn)片幫的區(qū)域進(jìn)行注漿加固，利用漿液的粘結(jié)力，固定頂板及幫部。

3 大采高工作面破碎頂板加固技術(shù)

3.1 注漿加固材料配比

根據(jù)8128 工作面頂板破碎的特征，選擇抗壓強(qiáng)度高、化學(xué)反應(yīng)快、粘結(jié)力強(qiáng)的阻燃高分子聚合物久米納作為治理破碎頂板注漿的主要材料。久米納的主要技術(shù)指標(biāo)見表1。注漿采用礦用3ZBQS-12/20 氣動(dòng)化學(xué)注漿泵。

表1 久米納主要技術(shù)指標(biāo)表

3.2 主要施工參數(shù)

3.2.1 鉆孔參數(shù)

（1）施工位置

8128 工作面頂板及8128 工作面回采巷幫部。

（2）鉆孔參數(shù)

通常投資的效果可以用“投資回報(bào)率（ROI）”評(píng)估，但酒店產(chǎn)品的“不可儲(chǔ)存性”和“無形性”使得社交媒體的“投資回報(bào)率（ROI）”難以從商業(yè)的角度進(jìn)行計(jì)算。比如：酒店的聲譽(yù)和品牌的特點(diǎn)雖不可衡量，但對(duì)酒店經(jīng)營(yíng)至關(guān)重要，且通過社交媒體可輕松實(shí)現(xiàn)。趙雪晴（2016）的研究顯示，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，那些注重通過社交媒體與消費(fèi)者進(jìn)行日常交流和互動(dòng)的公司，將會(huì)強(qiáng)化公司與消費(fèi)者之間的關(guān)系，從而較為容易實(shí)現(xiàn)在財(cái)務(wù)上的回報(bào)[1]。因此，本文將重點(diǎn)研究那些已經(jīng)使用社交媒體作為其營(yíng)銷工具的高星級(jí)酒店，是如何衡量社交媒體營(yíng)銷對(duì)其整體業(yè)務(wù)目標(biāo)產(chǎn)生影響的。

鉆孔直徑：45 mm；鉆孔深度：8～14 m；鉆孔間距：4.5 m；鉆孔傾角：15°～20°；位置：工作面頂板下方400～1600 mm。具體分為以下三類：

① 頂板較破碎，且?guī)筒科瑤筒怀^1 m 范圍的，采用以下兩種鉆孔參數(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行施工：

A.將鉆孔布置在距工作面頂板下方400 mm，孔深8 m，傾角15°；

B.將鉆孔布置在距工作面頂板下方800 mm，孔深10 m，傾角20°。

② 頂板較破碎，且?guī)筒科瑤筒怀^2 m 范圍的，采用以下兩種鉆孔參數(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行施工：

A.將鉆孔布置在距工作面頂板下方600 mm，孔深10 m，傾角15°；

B.將鉆孔布置在距工作面頂板下方1200 mm，孔深12 m，傾角20°。

③ 頂板較破碎，且?guī)筒科瑤统^2 m 范圍的，采用以下兩種鉆孔參數(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行施工：

A.將鉆孔布置在距工作面頂板下方800 mm，孔深12 m，傾角15°；

B.將鉆孔布置在距工作面頂板下方1600 mm，孔深14 m，傾角20°。

3.2.2 封孔參數(shù)

采用膠囊式封孔器，封孔器直徑為40 mm，長(zhǎng)度為500 mm，自由膨脹外徑達(dá)70 mm，額定壓力不小于8 MPa，破壞壓力不小于20 MPa，封孔深度不小于1.6 m。

采用上述施工參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，以第一類情況為例，現(xiàn)場(chǎng)鉆孔布置示意圖如圖1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)鉆孔布置示意圖

4 注漿加固效果分析

收集整理注漿前后15 d 的工作面回采進(jìn)尺，作為評(píng)價(jià)工作面頂板注漿效果的指標(biāo)參數(shù)，整理數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)表2 中數(shù)據(jù)繪制進(jìn)尺曲線圖如圖2。

圖2 注漿前后日進(jìn)尺對(duì)比效果圖

表2 注漿前后工作面回采進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表2 及圖2 數(shù)據(jù)得出，在8128 工作面實(shí)施頂板注漿加固后，工作面進(jìn)尺產(chǎn)生明顯變化。在未實(shí)施注漿加固時(shí)，工作面最低進(jìn)尺為3.2 m，最高進(jìn)尺為3.8 m，工作面日平均進(jìn)尺為3.5 m/d，通過對(duì)頂板實(shí)施注漿加固后，工作面最低進(jìn)尺4.2 m，最高進(jìn)尺為4.8 m，工作面日平均進(jìn)尺4.6 m/d，注漿前后日平均進(jìn)尺提高1.1 m/d，提高效率達(dá)31.43%。

對(duì)8128 工作面實(shí)施注漿加固后，工作面頂板穩(wěn)定性有效提高。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在未實(shí)施注漿加固前，工作面頂板冒頂高度約為0.5～0.9 m，冒頂頻次約為1～3 次/班；實(shí)施注漿加固后，工作面頂板冒頂高度約為0～0.3 m，冒頂頻次約為0～1 次/班。經(jīng)過注漿加固，8128 工作面的冒頂現(xiàn)象明顯減少，垮落的矸石也明顯減少，有效減少了工人清理冒落矸石花費(fèi)的時(shí)間，提高了工人的勞動(dòng)效率，保證了礦井安全高效生產(chǎn)。

5 結(jié)論

（1）通過對(duì)8128 工作面破碎頂板主要影響因素的分析，提出采用注漿加固的方法提高頂板破碎圍巖的粘結(jié)力，增大裂隙之間的接觸面積，達(dá)到保證破碎頂板圍巖完整性的目的。

（2）現(xiàn)場(chǎng)注漿工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)施注漿前后的監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，注漿后工作面日平均進(jìn)尺較未注漿前提高約1.1 m/d，提高效率達(dá)31.43%，工作面冒頂現(xiàn)象明顯減少，保證了礦井安全高效生產(chǎn)。