東曲礦綜采工作面采用注漿加固的研究與應用

蘇 鑫

（西山煤電股份有限公司東曲礦，山西 古交 030205）

·技術經驗·

東曲礦綜采工作面采用注漿加固的研究與應用

蘇 鑫

（西山煤電股份有限公司東曲礦，山西 古交 030205）

解決近距離煤層采空區下部回采工作面受上部煤柱的集中應力影響難題，對實現礦井安全高效生產具有重要的理論意義和現實意義。針對近距離煤層采空區下方煤體受上部煤柱集中應力影響的問題，提出采用巴斯夫生產的美固MP364加固材料進行注漿加固，通過注漿使東曲礦14216綜采工作面順槽頂、幫圍巖強度得到提高，充分發揮了圍巖體的自身承載能力，保證了安全生產。

綜采工作面；注漿加固；工程實踐

由于煤層間距離較近，受上部煤層采動及殘留區段煤柱影響，下部煤層裂隙發育、穩定性差；下煤層工作面回采時礦山壓力顯現強烈，破壞變形嚴重，維護困難，嚴重影響了礦井的安全生產。隨著礦井生產水平的不斷向深部延伸，礦山壓力、地質構造等給頂板管理帶來了很大的困難，生產條件日趨復雜，通常采用撞楔法、煤壁架梁護頂、鋪金屬網護頂等方法處理，都需要人員到煤壁側操作，如果頂板再次垮落，破碎矸石下落，極易造成人員傷亡事故。近年來曾發生多起頂板事故，造成很大的經濟損失。加固材料具有強度高、重量輕、高效、快速、安全等優良綜合性能，解決了煤礦破碎頂板加固、煤幫加固等難題，為煤礦安全生產提供了保障。

1 概 況

1．1 工程概況

西山煤電股份公司東曲礦14216工作面位于4#煤二采區，采區布置有3條采區煤層巷道，靠工作面依次為二采4#煤輔運巷、二采2#煤集中皮帶巷和二分區總回風巷，為二采區回采工作面服務。工作面采用雙巷布置形式，軌道巷進風皮帶巷回風。工作面切眼長158 m，軌道巷長1 383 m（工作面至二采輔運巷，高差-63．3m，工作面側低）鋪有24 kg／m型鋼軌和枕木，枕木間距700 mm采用無極繩絞車運輸；皮帶巷長1 464 m（工作面至二采集中皮帶巷，高差-72．7 m，工作面側低）安裝有SSJ-1200／2×315型皮帶機。由于該工作面與2#煤層間距小，掘進時在層間距大于4．5 m的地帶采用錨桿、錨索、金屬網聯合支護，矩形斷面。在層間距小于4．5 m或遇頂板破碎、地質構造時采用錨棚支護梯形斷面。工作面內還有一條中巷曾經是原14216軌順；一條空巷和穿層巷道，曾是下一采集中皮帶巷，回采時需提前進行維護。

東曲礦14216工作面皮帶巷24～71 m，軌道巷0～20 m段上部為22108工作面和22106工作面間的保護煤柱，該區域段的頂板及煤幫的應力集中，導致工作面片幫及漏垮問題嚴重。針對上述情況該礦經分析論證，最后確定該工作面嘗試采用化學注漿的方法來解決片幫、冒頂等問題，以減少工作面在繼續向前推進過程中的隱患，見圖1。

1．2 煤層概況

該工作面位于井下973水平二采區4#煤層，工作面標高940～1 012 m。該工作面南東為正在掘進的14218工作面；南西為未規劃區；北西為已回采的14214工作面；北東為二采4#煤2號進風運料巷。

該工作面上部為2#煤運煤平巷與12220工作面、12218工作面保護煤柱，當回采至煤柱邊緣時，應力比較集中。

圖1 工作面注漿加固區域示意圖

該工作面煤層結構復雜。煤層總厚度在3．45～4．7 m，平均煤層厚度3．51 m，中上部夾1～3層的薄層泥巖，煤層厚度變化較大，屬穩定煤層。煤層傾角2°～6°。

1．3 頂底板巖性

頂底板巖性特征見表1。

表1 頂底板巖性特征

2 注漿固化改善巷道維護狀況的機理

注漿加固是利用漿液把圍巖的各弱面充實、重新膠結起來，改善圍巖的物理力學性能，增強圍巖自承載能力，從而提高圍巖整體穩定性和力學性能。

2．1 提高圍巖裂隙面的變形剛度和抗剪強度

按照工作面注漿加固實驗結果，加固后提高了巖石裂隙面的剛度和強度，剛度的提高更為明顯。改善了其力學性能，巖石整體結構強化，從而提高了圍巖本身的抗壓能力。

2．2 注漿加固的骨架作用

注漿后，漿液通過高壓滲透到巖石裂隙中，從而在巖石內部形成了注漿骨架。注漿凝結后形成片狀或線狀的骨架，可互相連接形成整體，雖然形成網絡骨架的美固364材料抗壓強度比煤體的小，但其具有良好的韌性和粘接性，受外力作用時，它不會被輕易損壞，只會發生一定變形，外力載荷主要由煤體去承擔。當外力超出煤體強度，呈現較大壓力顯現時，美固364材料的凝結物起到柔性骨架作用，改善了煤體的整體維護性能。

2．3 降低裂隙端部的應力集中的作用

巖石出現裂隙時，裂隙尾部受壓時會出現應力集中現象，采用美固364材料注漿加固會使大小裂隙得以充填，并對裂隙表面進行有效黏結。從而使裂隙尾部受壓時的應力集中大大降低，工作面圍巖的破壞機制就會發生轉變。

3 加固方案的確定

3．1 加固區域

14216 工作面15～90架之間大約有120 m的范圍需要進行加固處理。

3．2 加固材料的選擇

化學注漿材料美固MP364是一種雙組份樹脂，適用于快速膠結固化破碎的煤層和巖層。主要應用于臨時和永久性固結注漿；采煤工作面煤體注漿以提高煤壁支撐力。其特點為：

在水中不膨脹，與水不反應，在潮濕的環境里也具有良好的黏接性；可滲透0．14 mm以上的縫隙具有超強的滲透性；反應溫度低（低于99℃）；本身具有阻燃性和抗靜電性；無腐蝕，施工過程中無刺激性氣味；性能穩定不收縮。流動時間：90±30 s；凝固時間：150±30 s，24 h黏結強度可達4 MPa（兩種漿液混合比例為1∶1）。

由于美固364具有高度黏合力和很好的機械性能，注入煤體后，能滲透到煤體細小裂隙，發生黏結，有效地加固圍巖松動圈，使之成為整體，從而提高煤體的整體承載能力，所以，采用美固364對煤體進行加固。

4 注漿鉆孔參數設計

鉆孔布置平剖面圖見圖2。

在15～90架之間工作面需要進行注漿加固。根據工作面采高3．8 m，確定第一排孔，距離頂板1 m處斜向上打孔，角度45°，孔深4 m。封孔器放置在距離孔口1．5 m位置。第二排孔，距離頂板1．8 m左右，與第一排孔成三花眼，角度為15°，孔深6 m。封孔器放置在距離孔口2 m的位置。為防止在注漿過程中出現跑漿現象，建議礦方準備一些棉紗，在返漿處用棉紗堵漏。每兩個循環之間間隔3 m。連接封孔器的注漿管要用ABS注射管，防止割煤機與鋼管摩擦出火花。

圖2 鉆孔布置平剖面圖

5 注漿效果分析

加固區域布置96個注漿鉆孔，共注漿104 t。注漿結束后8 h開始回采。在回采過程中未發生片幫和冒頂事故，減少了頂板事故及維護頂板的時間，加快了工作面向前推進速度，為安全生產創造了有利條件。

6 結 論

通過在14216工作面使用美固364注漿材料對冒落矸石或松散煤體進行膠結加固，變事后補救為事前防范，可有效防范事故的發生。有效地控制了頂板、煤幫圍巖，為煤礦安全提供了保障，為煤礦贏得了時間和效益，也可為后續一些類似情況提供借鑒。

［1］ 周士瓊．土木工程材料［M］．北京：中國鐵道出版社，2004：85-87．

［2］ 王 杰．巖土注漿理論與工程實例［M］．北京：科學出版社，2001：133-134．

［3］ 王國際．注漿技術理論與實踐［M］．北京：中國礦業大學出版社，95-96．

Research and Application on Using Grouting Reinforcement in Fully Mechanized Working Face of Dongqu Coal Mine

Su Xin

Solves the problem of the mining face in the lower part of goaf of close coal seam by the influence of stress concentration the upper pillar，to realize the mine safety and efficient production is of important theoretical significance and practical significance．For the problem of close distance coal seam below goaf by influence of stress concentration of the upper coal pillar，puts forward that uses Meigu MP364 reinforcing material of Basf production carrying out grouting reinforcement，enhances the surrounding rock strength of roof and sides in 14216 fully mechanized coal face roadwayof Dongqu coal mine by grouting，，full play to the surrounding rock mass of its bearing capacity，ensure the safety in production．

Fully mechanized working face；Grouting reinforcement；The engineering practice

TD265．4+8

B

1672-0652（2013）10-0046-03

2013-08-16

蘇 鑫（1964—），男，山西隰縣人，1987年畢業于山西礦業學院，工程師，主要從事煤礦生產技術管理工作（E-mail）mjh．s＠163．com