8304工作面回風(fēng)巷側(cè)三角煤注漿加固技術(shù)實(shí)踐

鄭玉春

（潞安化工集團(tuán)寺家莊公司，山西 晉中 045300）

我國煤炭賦存量中，厚煤層煤炭儲量占我國現(xiàn)有煤炭儲量的40%以上。在厚煤層開采過程中，由于一次性開采煤層厚度較大，造成采動影響較大，煤體破碎程度較高，尤其在工作面三角煤區(qū)域，極易出現(xiàn)煤壁片幫和局部冒頂現(xiàn)象，直接影響到工作面的安全高效開采[1-5]。

1 工程概況

陽煤一礦8304 工作面位于15#煤南條帶三采區(qū)中西部，東部為采區(qū)大巷，南部為8305（西）回采工作面（正掘進(jìn)），西部為南北翼瓦斯聯(lián)絡(luò)巷，北部為8303 （西）工作面 （已采）。工作面傾斜長度199.2 m，可采走向長度859.5 m，地質(zhì)儲量1.896 Mt，可采儲量1.65 Mt。煤層總厚度6.25～6.76 m，平均厚度6.58 m，煤層傾角1°～13°，工作面總體為一單斜構(gòu)造，局部發(fā)育有次一級的向、背斜構(gòu)造。工作面共布置五條巷道：進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷、低位抽采巷、走向高抽巷和切巷。由于8304工作面回風(fēng)巷側(cè)三角煤受采空區(qū)應(yīng)力及采動二次開采動壓影響，易出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)葐栴}，存在較大安全隱患。鑒于此，本文提出采用灌注新型加固材料來解決三角煤的冒頂、片幫問題。

2 三角煤注漿加固技術(shù)

為了有效控制陽煤一礦8304 工作面回風(fēng)巷側(cè)三角煤地帶煤壁片幫、冒頂引發(fā)的各類事故，設(shè)計(jì)采用三角煤注漿加固技術(shù)，其相關(guān)參數(shù)如下。

2.1 注漿孔布置方式

注漿孔設(shè)計(jì)采用單排孔，由回風(fēng)巷內(nèi)向工作面?zhèn)让簬痛蚩鬃{，注漿孔與巷幫向上呈8°～10°施工，選用Φ42 mm 鉆頭，設(shè)計(jì)孔深8 m，鉆孔高度距底板1～1.2 m，注漿孔間距4 m，采用2個Φ38 mm 封孔器封孔，如圖1所示。

圖1 注漿孔布置

2.2 注漿施工流程、材料與設(shè)備

（1）施工流程

采用幫錨索鉆機(jī)施工注漿孔→安設(shè)注漿套管及封孔器→注漿泵與注漿套管連接→注漿。

（2）注漿材料

在8304 工作面回風(fēng)巷650～850 m 段試驗(yàn)KMA-1 型超強(qiáng)礦用無機(jī)加固材料（以下簡稱新型加固材料）加固三角煤。加固材料主要成分為粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料（硅酸鹽特種水泥），水灰比為1∶0.28，材料的抗折性和抗剪切力高，具有無收縮、微膨脹、高流動性等特點(diǎn)。關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 新型加固材料關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

（3）配套設(shè)備

采用2ZBQ-50/19 氣動注漿泵注漿，其額定流量50 L/min，最大流量70 L/min；額定壓力19 MPa，最大壓力24 MPa，耗氣量2 m3/min，泵重量110 kg，外形尺寸：1.3 m×0.7 m×0.7 m，供氣壓力：0.4～0.8 MPa。

3 對比試驗(yàn)

3.1 對比試驗(yàn)情況

對比試驗(yàn)施工范圍550～800 m，其中550～650 m 采用高分子材料加固（為對比試驗(yàn)），650～800 m 采用新型加固材料加固。高分子材料屬于化學(xué)材料，由環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂、曼尼希等材料制備而成，具有滲透能力強(qiáng)、加固效果好等優(yōu)點(diǎn)，7 d抗壓強(qiáng)度可達(dá)100 MPa。

3.2 試驗(yàn)效果對比

（1）測點(diǎn)內(nèi)推進(jìn)度及產(chǎn)量情況對比

①2020年5月10日至6月16日，工作面采過高分子材料段，期間工作面日推進(jìn)度為3.03 m/d，產(chǎn)量7 588 t/d。

②2020年6月16日至7月13日，工作面采過新型加固材料段，期間工作面日推進(jìn)度為3.57 m/d，產(chǎn)量7 711 t/d。

通過對比可知，灌注新型注漿材料較高分子材料而言，工作面推進(jìn)度提高0.54 m/d，提高推進(jìn)度百分比約17.8%；產(chǎn)量提高123 t/d，提高產(chǎn)量百分比約1.6%。

（2）煤壁控制效果對比

通過觀測，工作面三角煤區(qū)域6～8 m 范圍內(nèi)煤壁平直，無片幫、冒頂現(xiàn)象。特別是推進(jìn)至注漿孔附近與未注新型加固材料區(qū)域?qū)Ρ?，片幫明顯減少，煤體致密性增強(qiáng)。

（3）回風(fēng)巷變形量對比

為分別觀測灌注新型加固材料段與高分子材料段的巷道圍巖變形量，分別在高分子材料段550 m、570 m、580 m、590 m 處及新型加固材料段650 m、670 m、700 m、750 m 處布置了頂?shù)装逡平坑^測站，并采用十字布點(diǎn)法進(jìn)行觀測，其巷道圍巖變形對比情況如表2所示。

表2 巷道圍巖變形對比

通過上表可知，高分子材料段巷道圍巖高度變形量在150～365 mm 之間，平均變形量233 mm，寬度變形量在100～278 mm 之間，平均變形量175 mm；新型加固材料段巷道圍巖高度變形量在160～380 mm 之間，平均變形量243 mm，寬度變形量在190～500 mm 之間，平均變形量292 mm。

通過對比高分子材料段與新型加固材料段回風(fēng)巷道圍巖變形情況，高度平均變形量增大10 mm，寬度平均變形量增大117 mm，雖然新型加固材料段巷道變形較大，但變形后的斷面尺寸可以滿足安全生產(chǎn)要求。

（4）成本投入及消耗情況對比

回風(fēng)巷在550～650 m 區(qū)段內(nèi)共灌注高分子材料195 t，平均注漿量約為0.325 t/m。按照高分子材料1.4 萬元/t 測算，加固費(fèi)用為4 550 元/m?；仫L(fēng)巷在650～800 m 區(qū)段內(nèi)灌注新型注漿材料，共施工注漿孔50 個，注漿量55 t。平均每孔注漿量44 袋，約1.1 t，共計(jì)平均注漿量約0.367 t/m，按照目前同類產(chǎn)品市場價0.9 萬元/t 估算，加固費(fèi)用為3 303 元/m。新型注漿材料較高分子材料而言，其三角煤加固費(fèi)用降低1 247 元/m。

4 結(jié)論

1）陽煤一礦8304 工作面回風(fēng)巷進(jìn)行了注高分子材料加固和新型加固材料加固對比試驗(yàn)，高分子材料段巷道圍巖高度平均變形量233 mm，寬度平均變形量175 mm； 新型加固材料段巷道圍巖高度平均變形量243 mm，寬度平均變形量292 mm，試驗(yàn)表明注高分子材料和注新型加固材料均可實(shí)現(xiàn)三角煤區(qū)域片幫、冒頂?shù)挠行Х乐巍?/p>

2）回風(fēng)巷在550～650 m 區(qū)段內(nèi)共灌注高分子材料195 t，平均注漿量約為0.325 t/m，加固費(fèi)用為4 550 元/m，回風(fēng)巷在650～800 m 區(qū)段內(nèi)灌注新型注漿材料，平均注漿量約0.367 t/m，加固費(fèi)用為3 303 元/m，新型注漿材料較高分子材料而言，其三角煤加固費(fèi)用降低1 247 元/m，成本較低。

3）灌注新型注漿材料，可以有效防治厚煤層工作面回風(fēng)巷側(cè)三角煤地帶煤壁片幫、 冒頂?shù)碾y題，且成本相對較低，有推廣價值。