陶二煤礦工作面超前頂板注漿技術研究與應用＊

劉 凱 周洪文 楊子華 李曉虎

（1.武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北省武漢市，430070；2.冀中能源邯礦集團陶二煤礦，河北省邯鄲市，056200）

陶二煤礦工作面超前頂板注漿技術研究與應用＊

劉 凱1，2周洪文1楊子華2李曉虎1

（1.武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北省武漢市，430070；2.冀中能源邯礦集團陶二煤礦，河北省邯鄲市，056200）

邯鄲礦業集團陶二煤礦2212工作面屬于煤與瓦斯突出危險區域，隨著采深的增加，工作面集中應力增大，煤層及頂板被擠壓，出現破碎、松散和局部漏頂現象。經過對該工作面的現場調研，決定對未采動區域采取由上巷向工作面打設長距離鉆孔進行預注漿加固充填的措施來解決工作面漏頂等問題。工作面共設計5個長距離鉆孔，共注漿18 t，有效控制30 m范圍內的頂板破碎，保證了安全生產的順利進行。

回采工作面 頂板注漿 超前支護 破碎帶處理

1 工程概況

1.1 工作面概況

邯鄲礦業集團陶二煤礦2212工作面位于首采區上山北翼，北鄰采空區，西鄰2210工作面，東鄰2214工作面（未開采），南鄰首采運輸上山。工作面走向長550 m，傾斜長約120 m，工作面標高為－486～－538 m，工作面平面位置示意圖見圖1。煤層埋深613～677 m，工作面與上覆1＃煤層間距8～22 m。

工作面地表為梯田，地表標高＋127～＋139 m，有少量基巖出露，地勢東低西高，地面有一條沁水河。

在上下巷及切眼掘進過程中，共揭露出18條斷層。其中上巷過6條斷層，有3條落差較大的斷層；下巷過3條斷層；中間巷過7條斷層，切眼過2條斷層。巷道在過F12斷層時造成冒頂，F17斷層落差較大，造成上切眼有10 m全巖巷道，破頂總長度達到30 m，坡度大于30°的巷道有37 m長。工作面在回采過程中還揭露小落差的斷層，對回采有一定影響。

圖1 2212工作面平面位置示意圖

工作面所在2＃煤層基本穩定，煤層厚度2.8～4.5 m，平均煤厚3.1 m，為復雜結構煤層。工作面屬于高瓦斯區域，煤層絕對瓦斯涌出量20 m3/min。

1.2 工作面生產技術條件

2212工作面采用一次采全高走向長壁全部垮落綜合機械化采煤法。工作面上下平巷均采用錨網梁加錨索聯合支護，超前工作面煤壁20 m采用DW28－250/100和DW25－250/100型單體液壓支柱配合DJB－1000型鉸接頂梁進行超前支護，工作面頂板支護采用ZY6000/21/42型液壓支架，共80架，選用MG300/700－WD1型雙滾筒可調高采煤機落煤，運輸采用SGZ764/400型中雙鏈可彎曲刮板輸送機。

1.3 問題的提出

隨著工作面的推進，工作面不斷遇到斷層、破碎帶等構造，構造區域范圍內煤層及頂底板被擠壓，出現破碎、松散和局部漏頂現象。

工作面推進300 m后，在液壓支架70＃～80＃架位置處，由于地質構造影響，工作面上部的煤層傾角由最初的18°變為35°，頂板出現破碎現象。采煤機割煤后，出現片幫、頂板掉矸，造成架前空頂，支架下倒，給生產帶來了嚴重影響。

經過現場調查分析，決定對未采動區域，采取由上巷向工作面打長距離鉆孔，進行預注漿加固充填技術來解決上述問題。

2 工程實踐

2.1 設計原理

預注漿加固充填技術主要應用于頂板破碎，極易造成冒頂、片幫現象的工作面。通過對頂板破碎區域數據收集、分析，經計算后，根據漿液擴散半徑，將注漿孔均勻布置于破碎頂板內，通過漿液有效地將破碎頂板膠結在一起，使破碎頂板重新形成一個整體。

2.2 鉆孔設計

為準確計算出注漿孔的布置情況，首先對現場70＃～80＃架處的頂板高差測量。由80＃架處開始，測量至70＃架處，每5 m一組，共測得3組數據，高差分別為2.8 m、2.9 m和2.7 m，共8.4 m，坡度平均達35°；上巷工作面向前30 m基本為平巷。根據這些數據得出注漿材料擴散半徑不小于2.0 m，經計算后確定為5個注漿孔。1＃孔開孔位置距工作面25 m，2＃孔開孔位置距1＃孔4 m，3＃孔距2＃孔2 m，4＃孔距3＃孔2 m，5＃孔距4＃孔2.5 m，終孔位置均位于煤層頂板向上2.0 m處，見圖2。

圖2 注漿孔參數平面設計圖

2.3 注漿孔施工

經計算確定注漿孔參數后，在工作面上巷進行打孔作業。選用型號為ZK－150鉆機，孔徑?60 mm。注漿管采用?32 mm無縫鋼管，每根管長度2.0 m，采用絲扣箍連接。為了保證注漿效果，使漿液能很好地注入破碎頂板內，注漿管必須做成花管，即在注漿管壁上進行打孔，打成孔徑為8 mm、間距為200 mm的對穿孔。為防止跑漿，孔口管2.0 m不打孔。封孔采用蛇皮管，封孔長度為2.0 m。下管深度為全長孔深，鉆孔施工進程中，要保證鉆場的風量充足，水路暢通，防止有害氣體積聚。

因2212工作面屬于高瓦斯地區，故禁止使用易自燃的注漿材料。經過反復試驗，最終確定選用瑞米加固Ⅱ號漿，該材料擴散半徑不小于2.0 m，符合施工要求。根據材料性質，要求終孔位置位于煤層頂板向上2.0 m處， 注漿壓力為4～7 MPa。

正是因為防突措施的實施，決定采用防突打鉆設備進行頂板注漿作業，這樣既避免了打鉆技術的不足，又減少了設備的運輸與安裝，大大降低了勞動量，為頂板注漿打孔作業提供了有利條件。

通過注漿后，破碎頂板很好地膠結在一起，重新形成一個整體，有效控制了破碎頂板帶來的一系列問題，從而確保了該工作面的安全正常生產。

2.4 注意事項

（1）為避免成孔后因頂板來壓、地應力增大等因素造成鉆孔堵塞，施工過程中，要求每打成一個注漿孔，要及時下注漿管進行注漿。當第一個孔開始注漿時，再進行下一個鉆孔的施工。這樣，既保證了成孔率，又提高了工作效率。

（2）注漿前跟班瓦斯員檢測注漿地點前后20 m處瓦斯濃度，并安裝好兩個防塵水管待用，注漿現場及漿液存放地點各配備2臺滅火器。

［1］ 王軍輝，張豐，胡紹勇等.切眼過老巷破碎頂板注漿加固技術研究與應用［J］.煤礦現代化，2010（3）

［2］ 楊江華.綜采工作面破碎頂板預注漿加固技術研究［J］.科技資訊，2010（2）

［3］ 國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監督局.煤礦安全規程［M］.北京：煤炭工業出版社，2009

The study and application of the advance roof grouting technology at the working face of Taoer Coal Mine

Liu Kai1，2，Zhou Hongwen1，Yang Zihua2，Li Xiaohu1
（1.School of Science，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei 430070，China；2.Taoer Coal Mine，Handan Coal Mining Group，Jizhong Energy Group，Handan，Hebei 056200，China）

2212 work face of Taoer Coal Mine of the Handan Mining Group belongs to the danger zone that gas outburst may happen，with the increasing of the mining depth and the accretion of the work face＇s concentrated stress，the coal bed and roof are squeezed and crushed，friable and some parts become leaky roof.After the site investigation on this work face，a long hole from the top lane to the work face on the none mining area was digged，by use the pre-grouting filling technology，the issues of the broken and leak of the roof and some other questions have been solved.By drilling 5 long distance holes，and grouting 18 t to parts of the broken roof on the work face，the roof breakage section within the scope of 30 m was controlled efficiently.Ensured the smoothly proceeding of the production.

coal face，roof grouting，advanced supporting，fracture zone processing

TD327.2

A

國家“十二五”科技支撐計劃重點項目（編號2011BAB05B00）

劉凱（1983－），男，碩士，在讀研究生。助理工程師，曾在邯鄲礦業集團陶二礦技術科工作。

（責任編輯 張毅玲）