綜采工作面沿空掘巷小煤柱巷幫注漿加固技術(shù)實(shí)踐

董 凱

（山西平舒煤業(yè)有限公司，山西 晉中 045400）

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)塔山礦8230 工作面位于二盤區(qū)西南部，東南以二盤區(qū)輔運(yùn)巷為界，北西至四盤區(qū)盤區(qū)界線。工作面上覆為侏羅系古窯采空區(qū)，蓋山厚度為359~610 m，平均479 m。煤層厚度14.29~24.38 m，傾角1~3°，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層中含7~15 層夾矸，夾矸厚度在2.06~3.61 m 之間變化，平均2.84 m，夾矸單層厚度為0.05~0.75 m，局部分層。工作面老頂為粗砂巖，厚度1.20~19.70 m，主含石英，分選中等，磨圓度好；直接頂為泥巖，平均厚度8.55 m，塊狀，均一結(jié)構(gòu)，性脆，斷口貝殼狀，含植物化石，局部火成巖侵入，變質(zhì)硅化，中間夾2#煤層，厚度2.36 m；直接底為深灰色砂質(zhì)泥巖，平均厚度5.71 m，局部賦存6#煤層，厚度為1.50 m；老底為粗砂巖，平均厚度4.43 m，石英為主，長石次之，鈣質(zhì)膠結(jié)，含暗色礦物，分選差，次圓狀。

5230 巷相鄰的8228 工作面于2020 年3 月回采結(jié)束，距5230 巷道掘進(jìn)已經(jīng)歷7 個(gè)月的穩(wěn)定時(shí)期。8228采空區(qū)對(duì)應(yīng)地表已經(jīng)穩(wěn)定，上覆巖層運(yùn)動(dòng)也處于穩(wěn)定狀態(tài)，采空區(qū)一側(cè)的應(yīng)力狀態(tài)已經(jīng)形成，應(yīng)力降低區(qū)已經(jīng)穩(wěn)定出現(xiàn)。8230 工作面采取留設(shè)小煤柱沿空掘巷方式布置巷道，5230 巷為8230 工作面沿空掘巷巷道，巷道設(shè)計(jì)長度約1 972 m，小煤柱留設(shè)寬度為8 m，小煤柱一側(cè)已采取噴漿封閉。目前受8228采空區(qū)影響，巷道已經(jīng)明顯兩幫移近，最大移近量達(dá)到1.3 m，煤體已經(jīng)疏軟，漿皮脫落，隨時(shí)可能引起小煤柱失穩(wěn)，給工作面后期回采帶來隱患。因此考慮采用注漿的方式對(duì)小煤柱一側(cè)煤幫進(jìn)行加固，對(duì)小煤柱一側(cè)圍巖進(jìn)行加強(qiáng)，提高煤體的整體性和完整性，提高煤柱的承載能力，確保巷道的穩(wěn)定性，為工作面的安全高效開采創(chuàng)造條件。

2 5230巷小煤柱側(cè)注漿加固方案

2.1 小煤柱注漿鉆孔布置參數(shù)

5230 巷注漿全長600 m，巷道為矩形斷面，巷道掘?qū)? 200 mm，掘高3 800 mm，凈寬5 100 mm，凈高3 600 mm。結(jié)合現(xiàn)場巷道高度、巷道錨桿（索）支護(hù)參數(shù)以及現(xiàn)場風(fēng)水管路布設(shè)等因素，設(shè)計(jì)小煤柱注漿鉆孔參數(shù)如下：

小煤柱注漿鉆孔分上、下兩排，呈“三花”布置，注漿鉆孔直徑不小于42 mm，鉆孔深度5 m，每排相鄰鉆孔水平間距為4 m，上、下排相鄰鉆孔水平間距為2 m，下排孔開孔高度距離巷道底板1.5 m，上排孔距離巷道底板2.5 m，下排鉆孔垂直煤幫打設(shè)，上排鉆孔施工10°仰角，鉆孔由里向外依次編號(hào)，鉆孔布置圖及注漿示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 5230巷小煤柱注漿鉆孔布置示意圖

圖2 1-I剖面注漿示意圖

2.2 封孔材料與注漿材料

封孔材料與注漿材料均采用無機(jī)雙液注漿材料，該注漿材料由A、B 兩種組分組成，封孔水灰比0.7∶1，注漿水灰比0.8∶1。單料加水?dāng)嚢韬罂蓡为?dú)存放24 h以上，混合后0~5 min 失去流動(dòng)性，5~15 min 完全固化，2 h強(qiáng)度可達(dá)8~15 MPa，適合封孔和淺孔注漿加固[1]。

2.3 注漿設(shè)備

1）注漿泵

封孔和注漿使用雙液氣動(dòng)注漿泵，可以實(shí)現(xiàn)雙液注漿，該注漿泵具有體積小、質(zhì)量輕、方便移動(dòng)等特點(diǎn)，如下圖3所示。

圖3 氣動(dòng)注漿泵外觀結(jié)構(gòu)圖

2）攪拌桶

攪拌桶采用礦用氣動(dòng)式攪拌桶，型號(hào)為QB300，如圖4，該攪拌桶具有重量輕、強(qiáng)度高、便于移動(dòng)等特點(diǎn)，適用于井下不斷調(diào)整注漿地點(diǎn)的施工狀況[2]。

圖4 煤礦用氣動(dòng)式攪拌桶外觀結(jié)構(gòu)圖

3）雙液注漿系統(tǒng)

無機(jī)雙液注漿材料注漿系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 雙液材料注漿系統(tǒng)示意圖

2.4 注漿管及封孔工藝

1）注漿管

注漿孔深5.0 m，鋼管插入鉆孔的長度為4.0 m，尺寸為2 節(jié)2 m 長的4 分鋼管，鋼管一端為板牙機(jī)車絲，鋼絲長度約10~15 mm[3]，見圖6。

圖6 注漿管示意圖

2）封孔工藝

注漿封孔對(duì)注漿質(zhì)量影響較大，根據(jù)鉆孔長度及圍巖破碎狀況，取封孔深度為1.0 m，封孔方法如圖7所示。首先，將注漿鋼管封孔段兩端采用纏繞棉紗的方式進(jìn)行封堵，而后注入無機(jī)雙液注漿材料到中間段進(jìn)行封孔，大約等待20 min左右，當(dāng)雙液注漿材料實(shí)現(xiàn)初步凝固且封孔作業(yè)完成后即可實(shí)施注漿作業(yè)[4]。

圖7 注漿封孔方法示意圖

2.5 注漿壓力和單孔注漿量

1）注漿壓力

注漿壓力是影響注漿效果的重要技術(shù)參數(shù)。在實(shí)際施工過程中，注漿壓力是根據(jù)煤巖體的裂縫發(fā)育情況確定的，注漿壓力一般小于5 MPa。注漿壓力采用先低壓后高壓的方式，并且注漿壓力參數(shù)必須根據(jù)注漿速率和泄漏情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

2）注漿量

由于煤柱寬度僅有8 m，小煤柱注漿為淺孔注漿，注漿孔設(shè)計(jì)尺寸較短，單孔注漿量有限。如果煤柱內(nèi)部煤體破碎、裂隙導(dǎo)通，注漿時(shí)漿液可能從煤柱裂隙流入采空區(qū)，致使?jié){液損失，因此，結(jié)合現(xiàn)場情況，單孔注漿量不宜超過1 t，如單孔注漿量達(dá)到1 t且注漿壓力不增加，存在漏漿至采空區(qū)的可能性，則停止本孔注漿，在附近范圍內(nèi)補(bǔ)打注漿孔重新注漿，補(bǔ)打孔的位置依據(jù)現(xiàn)場情況確定。

2.6 安全措施

工作面回采過程中，由于小煤柱存在裂隙、孔隙發(fā)育、封孔長度有限等問題，因此，如何防止漏漿是注漿施工的重點(diǎn)研究內(nèi)容。當(dāng)遇到嚴(yán)重的漏漿狀況時(shí)，需將注漿泵暫停，或調(diào)整節(jié)流閥，以降低注漿速度；同時(shí)，注漿泵暫停時(shí)間不得超過3 min，每3 min 左右需開啟一次注漿泵[5]，讓泵的活塞往復(fù)移動(dòng)2 次，而后再停止注漿泵，這樣反復(fù)多次啟停，直至注入的漿液全部填滿滲漿裂隙為止，之后再繼續(xù)進(jìn)行正常的起泵注漿；而如果出現(xiàn)裂縫尺寸較大的滲漿通道時(shí)，可采用棉紗對(duì)滲漿通道進(jìn)行初期填充，以輔助漿液對(duì)漏漿通道進(jìn)行封堵[6-7]。

3 注漿加固效果分析

小煤柱注漿加固完成后，在開采過程中，對(duì)沿空巷道兩側(cè)圍巖的變形情況進(jìn)行觀測，結(jié)果顯示：未注漿加固段煤柱幫變形比較嚴(yán)重，巷道實(shí)體煤幫破碎情況較嚴(yán)重，煤柱幫最大變形量約0.8 m，注漿加固之后，由于注漿加固使煤柱內(nèi)部破碎區(qū)整體性增強(qiáng)，內(nèi)部承載性能增大，煤柱幫的變形量大大減少，最大變形量不足0.1 m，注漿加固方案可顯著提高煤柱的剛度和穩(wěn)定性，降低巷道圍巖變形量。

4 結(jié)論

將無機(jī)雙液注漿加固技術(shù)應(yīng)用于小煤柱綜采工作面，除了能夠加固煤柱，提高煤柱強(qiáng)度之外，還能夠有效提高煤柱的承載能力；同時(shí)，隨著無機(jī)雙液注漿材料的不斷注入，煤柱中存在的各種裂隙、孔隙及產(chǎn)生的破碎區(qū)域亦將被封堵，從而可以大大減少開采過程中采空區(qū)與工作面之間的氣體交換，在一定程度上避免了工作面開采過程中采空區(qū)發(fā)生自燃的問題。因此，注漿加固技術(shù)是控制小煤柱綜采工作面開采中煤柱破碎、裂隙發(fā)育和圍巖穩(wěn)定性差的有效手段之一。該技術(shù)的成功應(yīng)用將為今后該地區(qū)小煤柱工作面的開采和治理提供參考。