智能化綜采面過斷層煤巖體綜合加固技術(shù)應(yīng)用

劉偉軍

（山西焦煤西山煤電集團官地礦，山西 太原 030024）

采掘過程中揭露的褶曲、 陷落柱以及斷層等地質(zhì)構(gòu)造會給煤炭安全回采帶來安全威脅，其中斷層是采掘過程中揭露最多的地質(zhì)構(gòu)造類型之一[1-2]。綜采工作面過斷層技術(shù)主要有跳采法、調(diào)整采高法、挑頂臥底法、平推硬過法等。其中跳采法由于需要開切眼、 留設(shè)保護煤柱以及搬移綜采設(shè)備，會占用大量的時間以及人力資源，一般在大型斷層中應(yīng)用；調(diào)整采高法、挑頂臥底及平推硬過法等技術(shù)方法可實現(xiàn)綜采工作面的連續(xù)推進，但是一般情況下需要截割煤層頂?shù)装鍘r層，過斷層期間會存在采煤機磨耗嚴(yán)重、 頂板冒落以及煤壁片幫等問題[3-6]。智能化綜采工作面可達(dá)到減人增效目的，但是也存在地質(zhì)條件適應(yīng)性較差問題。為此，以官地礦23512 智能化綜采工作面過F1逆斷層為工程實例，對采面過地質(zhì)構(gòu)造頂板和煤壁綜合加固技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用情況進行探討，以期能為其他類似采面過斷層期間安全技術(shù)措施制定實施提供經(jīng)驗借鑒。

1 工程概況

23512 智能化綜采面位于中五采區(qū)集中回風(fēng)巷東南側(cè)，設(shè)計走向長1 030～1 112 m、傾向長176 m。23512 智能化綜采工作面開采范圍內(nèi)發(fā)育有F1逆斷層（H=2.5～3.0 m，116°∠30°）。工作面開采的3#煤層結(jié)構(gòu)簡單，厚度2.90～3.50 m、平均3.20 m，煤層傾角5°。3#煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、砂巖為主，具體巖性參數(shù)如表1所示。

表1 3#煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)

23512 綜采智能化工作面為官地礦首個智能化開采工作面，使用的綜采設(shè)備主要有MG400/920-WD 采煤機、ZY5600/21/46D 液壓支架、SGZ800/800 刮板輸送機； 采煤機割煤分為記憶割煤和遙控器操控割煤兩種方式，截割進尺800 mm，日平均割3 刀。采面采用平推硬過方式過F1逆斷層，過斷層破碎帶期間有頂板冒落、煤壁片幫風(fēng)險，為此采用注漿方式對頂板、煤壁進行加固，確保采面回采安全。

2 過斷層期間煤巖體加固技術(shù)

2.1 注漿材料

選用的注漿加固材料為雙液速凝材料，由A、B 兩種無機材料構(gòu)成，其中A 料主要為硫鋁酸鹽水泥，B 料主要為石膏、石灰以及外加劑構(gòu)成。選用的注漿材料具備較強的粘結(jié)性及強度，可實現(xiàn)破碎煤巖體的快速凝結(jié)。具體注漿材料在不同水灰比下抗壓強度變化情況如表2所示。為了降低注漿作業(yè)對采面生產(chǎn)的影響，注漿時選用的注漿材料水灰比為0.6:1。

表2 不同水灰比下單軸抗壓強度變化情況

2.2 注漿加固鉆孔布置

根據(jù)F1斷層影響范圍，注漿主要在采面105#～125#支架間以及機巷13#鉆場附近。

（1）采面注漿孔布置

在采面煤壁設(shè)計2 排注漿鉆孔，鉆孔布置呈三花眼狀，鉆孔間距為3.0 m、排距1.5 m，具體鉆孔布置如圖1所示。第一排鉆孔位于頂板下方0.5 m位置，鉆孔傾角45°；第二排鉆孔位于第一排鉆孔下方1.5 m 位置，垂直煤壁施工，具體注漿孔施工位置可依據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)整。布置的注漿孔孔徑、孔深分別為28 mm、6.0 m，單孔注漿量為300 kg。注漿完成2 h 后允許推進3～4 m，并依據(jù)頂板、煤壁情況決定是否需要繼續(xù)注漿作業(yè)。

圖1 采面內(nèi)注漿鉆孔布置

（2）機巷注漿孔布置

在23512 機巷內(nèi)，對13#鉆場兩端以及斷層影響區(qū)域內(nèi)進行化學(xué)注漿，具體注漿范圍如圖2所示。

圖2 機巷注漿孔布置

根據(jù)F1斷層延伸情況，為降低斷層對機尾影響，在機巷13#鉆場兩側(cè)各8 m 范圍進行注漿。

注漿采用淺孔、 深孔相結(jié)合方式。淺孔孔深2～3 m，注漿時先進行淺孔注漿，實現(xiàn)對煤壁加固，以降低深孔注漿漏漿量。淺孔鉆進2～3 m 后下放長度1.5～2.0 m 注漿管（孔徑50 mm）。淺孔注漿完成后再用Φ42 mm 鉆頭對淺孔進行延伸鉆進，鉆進深度5～6 m，鉆進完成后注漿。淺孔注漿壓力為1～2 MPa、深孔注漿壓力3～5 MPa。注漿過程中可依據(jù)現(xiàn)場情況對注漿壓力進行調(diào)整，在不漏漿、跑漿時盡可能增加鉆孔注漿量，從而提高煤巖體注漿加固效果。

注漿加固工藝流程如圖3所示。

圖3 注漿加固工藝流程

3 注漿加固效果分析

1）23512 綜采智能化工作面開采的3#煤層松軟，正?；夭善陂g就有片幫發(fā)生。在F1斷層影響范圍內(nèi)，煤體裂隙更為發(fā)育、穩(wěn)定性變差，在回采過程中更容易片幫。通過向斷層影響附近煤體進行注漿，可提高煤體穩(wěn)定性，采面在回采過斷層期間未發(fā)生片幫現(xiàn)象。

2）頂板穩(wěn)定性增加。采面上覆偽頂為泥巖、直接頂為泥巖細(xì)砂巖砂質(zhì)泥巖互層，本身頂板巖層強度及承載力較小，加之?dāng)鄬佑绊?，頂板破碎，容易出現(xiàn)冒頂。通過向斷層影響區(qū)域進行注漿加固，增加了頂板巖層穩(wěn)定性，采面在回采過斷層期間未出現(xiàn)冒頂、壓架事故。

3）避免頂板淋水。采面頂直接頂（偽頂）、直接底均為泥巖、泥質(zhì)砂巖，遇水容易膨脹。2#煤層采空區(qū)少量積水會沿著斷層裂隙向回采空間涌出，雖然涌水量較小，但是會使得頂?shù)装鍘r層出現(xiàn)軟化、膨脹變形。通過注漿可對頂板裂隙進行封堵，從而消除頂板裂隙水給采面回采影響。

采面在過F1斷層期間每天割3 刀，推進速度保持2.4 m/d，通過對地質(zhì)構(gòu)造帶進行注漿加固，為煤炭高效回采創(chuàng)造了良好條件。

4 結(jié)論

1）23512 綜采智能化工作面為官地礦首個智能工作面，采面回采期間揭露的F1斷層會給煤炭安全、高效回采帶來制約。為此采用注漿加固斷層破碎帶煤巖體，為采面回采創(chuàng)造良好條件。選用的注漿材料具備凝結(jié)速度快、強度高等優(yōu)點，注漿2 h后膠結(jié)的煤巖體抗壓強度即可達(dá)到16 MPa 以上，可滿足現(xiàn)場需要。

2）根據(jù)F1斷層在采面分布位置以及對回采影響，提出在采面內(nèi)進行深孔注漿、機巷采用淺、深孔相結(jié)合方式對破碎煤巖體進行加固。加固完成后，采面回采過斷層期間未出現(xiàn)煤壁片幫、頂板冒落以及淋水等問題，采面可保持2.4 m/d 的推進速度。