Marie bulk N材料在工作面過斷層中的應用

趙晉強

（山西高平科興平泉煤業有限公司，山西 高平 048400）

某煤礦的設計生產能力500萬t/a，礦井布置采用斜井開拓，實行三隊作業模式，開采煤層號為：2號、3號煤層。井田范圍內存在復雜的地質結構，其中無炭柱和斷層較發育，給回采工作帶來很大困難，成為安全高效的生產的技術難題。2010年10月，綜采隊在75681工作面回采時，支柱附近出現路差達4 m的斷層，煤壁松散、容易片幫、而且冒落較嚴重。工作面前方頂板暴露長度達4 m，沿著工作面向前推進繼續延展，最后與開切眼基本成平行狀態，長度可達200m。此斷層在本區實屬罕見的大斷層，給礦區開采帶來很大難題，若不解決就無法安全作業。按照常規的過斷層方法回采，耗費材料較大，經濟投入較大，生產條件也較惡劣，而且容易發生事故、造成人員傷亡。我們通過摸索實驗、查看文獻資料等手段，結合本礦區的實際情況，決定改革生產工藝，采用高分子材料Marie bulk N進行圍巖注漿加固措施，針對遇到的斷層進行超前加固，以確保安全通過斷層進行安全穩定高效的回采。

1 工作面及斷層概況

1）工作面概況：施工工作面是該礦南部的一個綜采工作面，可采儲量100萬t，采高3.8 m，工作面長度300 m，走向長度800 m。工作面組成有：大巷（正副）、開切眼、聯絡巷、尾巷等。對巷道進行全錨桿加固，支護范圍寬度4.0 m，高度3.9 m；開切眼附近也實行全錨桿支護，寬度7.0m，高度5.0m。結合該礦生產實際采用傾斜長壁開采方式采煤，實行三班生產、一班檢修的模式。

2）斷層概況：工作面出現了一個約為200 m的斷層，位于回采工作面距離切眼500 m處，從副巷可見H=35 m并且一直延伸，落差較大平均3.0 m，此斷層為一正斷層（從工作面的推進方向上看,先見上盤后見下盤），其與工作面形成的夾角5～10°。在靠近斷層附近作業可以觀察到斷層支架上方有冒頂，初期嘗試過斷層常發生煤壁片幫、冒頂現象嚴重，頂板管理出現嚴重問題，冒頂范圍較大、高度較高，處理起來困難。

2 過斷層的嘗試方法及措施

1）原先的工作面基本與斷層平行，斷層暴露長度較大；隨后調整工作面傾角，采用與斷層有一定夾角的方式作業，在安全穩定合理的情況下力求盡可能少暴露斷層長度，有利于快速安全地通過斷層；期間不斷調整、尋求合理方式分段快速過斷層，避免周期來壓造成不穩定因素。

2）過斷層時初試揭露斷層，發現支架上方的頂板上升，頂板與頂梁的垂直間距較大，前方頂板暴露較大，支架的支撐作用大幅度降低，達不到其支護頂板的效果，此時伴隨而來的是煤壁片幫、頂板冒落，給生產帶來很大安全隱患；為了確保作業的安全高效，后經各種嘗試決定采用打孔注漿的方式，對斷層和工作面下盤的煤進行加固，并用新型的高分子材料Marie bulk N作為注漿材料。

3）加固分為兩部分：先對頂板采用錨鏈網打超前錨桿，拉網維護斷層破碎帶的頂板。再對冒頂問題采用打孔注入Marie bulk N對斷層進行加固，防止斷層巖體破碎冒落造成的局面。打注高分子材料Marie bulk N后，還要打入一定量、一定角度的錨桿進一步加固。

4）對于控制滾幫和冒落，還用預挑頂的方式縮小斷層落差；在沒出現斷層前，進行預挑頂，是將支架和輸送機調整為上山角度，這種方式可有效降低到達斷層時斷層與工作面的高度落差，其現場觀察可降低幅度約2m左右，起到了一定的效果。

5）其他方式。還嘗試了一些其它的小范圍的措施，如：人工提溜、降低采高、快速移動支架迅速接頂；人工拉底、小范圍循環作業，以減小機械化設備的工作中的震蕩，還有對支架的頻繁移動卸載支起對于頂板的壓力破壞；加強對設備的定時定點的檢查維護；多進行小范圍的時間空間同步作業，以達到一種動態的穩定性。

3 注漿的技術措施

1）Marie bulk N是一種高分子材料，其性質為低粘度，可在煤礦用于對煤巖裂隙的粘聚加固。將Marie bulk N使用高壓裝備通過鉆孔打入到裂隙部位進行充填。當Marie bulk N遇水后將會產生連鎖反應、發生膨脹，膨脹產生的二次壓力，可將材料繼續充填進入微裂隙，達到更好的充填效果。此材料有以下特點：粘度低，能很好地滲入細小的裂錨桿機打眼孔，眼孔直徑42 mm，距頂板板200 mm，與水平60°夾角垂直煤壁布置（頂板布孔垂直于頂板向上），孔深6m，間距6000mm?？p中，反應速度快，膨脹率高，達到原來體積的20～25倍，施工用量小，節約資金。

2）布孔參數：使用MT-90型。

3）根據裂隙情況合理配比Marie bulk N。

4）根據實際的圍巖情況確定注漿壓力為5～8 MPa。

5）施工工藝。打眼—→埋設注漿管—→安裝封口器—→用高壓膠管注射槍和注射泵，將兩根吸管分別插入裝有馬麗散樹脂和催化劑的桶內—→開泵注漿—→沖洗機具—→停泵—→拆卸注射槍。

6）安全措施。打眼時,必須按角度施工，并做到袖口緊、衣角緊、系好毛，針對礦井煤巖裂隙發育狀況，對于封口器的埋設做好事先的估算；事先檢查好封口器是否清理干凈，特別是封口的注孔內的煤巖粉塵，以保證最后充填時封口器能達到膨脹以后可與孔壁緊密結合。對于滲漏的處理：當滲漏的量較小時可用面紗進行封堵；如滲漏量大而快時，則要重新選定布孔位置，以確保注漿能夠達到預期的效果。施工必須有由專人觀察頂幫，若漏漿用棉紗封堵，并注意噴射器的運轉情況，發現異常立即停泵檢查。每次施工完畢后，必須對設備進行清洗，避免馬麗散樹脂或催化劑堵槍、堵管。

4 結束語

該礦區地質結構較復雜，遇到實屬罕見的大斷層情況，為過斷層嘗試多種措施，采用新的技術工藝順利通過斷層，總結過斷層的經驗如下：

1）提前做好礦區的勘探工作，對于斷層情況所處位置、大小、長度、深度等數據，給出詳細的勘探數據，為工作面到達斷層后采取措施提供數據參考，為安全生產提高效率做出必要準備。

2）遇到大的斷層時，要通過經驗和技術提前預估成本，采用較為新穎的措施和材料，做好經濟比較、列出不同的實施方案，進行可行性研究，選定方案進行施工。

3）生產的安排管理方面，做好人員和設備的合理安排，對于不同的地質構造采取不同的應對措施，引進新型設備新型材料、合理安排預算，達到時間、空間、經濟的合理調度。

4）這次通過斷層采用新型的高分子材料，加固效果較為顯著，降低了人力物力成本，實現了穩定安全的高采率，作業環境得到了較好改善，維護的費用和難度得到了大幅改善。