百善煤礦超薄基巖區域加固技術研究

摘 要：文章通過對百善煤礦超薄基巖區域加固技術研究，采取了遠程注漿技術、近距離注漿技術、工作面前方錨桿加固技術，利用注漿技術，對特定層位的巖層進行注漿加固，以提高隔水層的隔水能力和基巖厚度和整體性。為礦區安全回采超薄基巖區域煤層提供保障。

關鍵詞：超薄基巖；加固；技術研究

百善煤礦位于淮北煤田濉蕭礦區西南部，煤層賦存形態為一孤立的小向斜盆地，平均傾角10°。向斜盆地底部煤層埋藏最深為-310m，四周淺部-100m左右為基巖隱伏露頭。地表高程一般在+30m左右。在礦井北部，煤層露頭附近留設有垂高40m的防水煤巖柱，壓滯了大量的煤炭資源。但上限區域一般基巖較薄，所以造成很多失敗的教訓，如造成突水潰砂事故，給礦井帶來巨大的損失。因此，提高開采上限的安全開采問題，是一個事關安全生產的重大技術問題。為了保證薄基巖區域煤層安全開采，對于基巖層較薄區域，或者隔水層較薄與缺失區域，或者頂板較破碎區域，利用注漿技術，對特定層位的巖層進行注漿加固，以提高隔水層的隔水能力和基巖厚度和整體性。

1 遠程注漿技術

1.1 地面鉆孔注漿

地面注漿孔采用DPP-100型工程鉆機按Φ146mm成孔，下入Φ50.8mm無縫鋼管（壁厚2.5mm）做注漿管，封填管與鉆孔間隙，進行壓力注漿。

（1）層位：在煤層頂板或隔水層底板下3m的范圍內進行注漿。

（2）間排距：間距5～10m不等。

（3）注漿材料：注漿材料可選用水泥～水玻璃漿，使用三乙醇胺做外摻劑。漿液配比主要根據砂層的顆粒級配、孔隙率和含水量來確定。

注漿完成后，鉆探確認注漿層位的含水性與整體性，然后進行上限開采。

1.2 井下順槽注漿

首先，在順槽一幫擴出注漿操作硐室，如圖1所示，在硐室中均勻布置鉆孔。注漿孔布置參見圖2所示，注漿孔確保超出注漿范圍1.5m。

圖1 順槽注漿操作硐室及鉆孔布置參數

圖2 井下順槽注漿示意

1.3 注漿工藝

注漿工藝流程示意圖如圖3。

（1）孔位設計。（2）打孔，要求鉆孔直徑Ф=42mm，深度、傾角按現場情況而定。（3）把多功能泵及其附件組裝好并把注射槍固定住。（4）開始注漿，把兩根吸料管分別插入注漿材料和催化劑容器中，活塞在氣馬達的作用下運動，由于壓力的作用使原料經過活塞進入輸料管，輸送到注射槍里，通過注射槍注入地層，原料滲入裂隙，進而快速反應達到加固的目的。（5）停止注漿，用樹脂沖洗管路和混合槍。（6）換孔注漿，重復2～5的步驟。（7）注漿完畢后，用清洗劑清洗多功能泵和附件。

2 近距注漿技術

從工作面直接向特定區域打注漿孔進行注漿，其布置如圖4所示。目的是提高煤層上方直接頂巖層的強度和整體性，形成承載結構，布置參數如圖5所示。

注漿錨桿直徑Φ=20mm，間距為500mm，長度為5500mm，與水平面夾角為15°。

圖4 近距注漿布置參數示意

（1）推進工藝。頂底板注漿—破煤—移架。

（2）注漿層位。建議在頂板、底板注漿層厚度不小于3.0m。

（3）注漿間排距。工作面每推進6個循環進行一次注漿，每一架支架范圍內布置一個注漿鉆孔，間距1.75m。

（4）注漿壓力與注漿半徑。注漿壓力須大于5MPa，注漿擴散半徑的選取參照表1。

表1 注漿擴散半徑選取參考/m

（5）錨桿。煤壁中部采用帶鉆頭的快速安裝的玻璃鋼錨桿，直徑Φ=20mm，間距為800mm，長度為2000mm，水平布置；每三個推進循環布置一排中部玻璃鋼錨桿。

（6）注漿材料。選用波雷因或威德克（在注漿工藝中加以深入分析）。

3 工作面前方錨桿加固技術

工作面在揭露陷落柱范圍內，沿頂、底板向上、下（30°）安設錨桿。布置參數如圖6所示。

使用快速安裝錨桿（前端帶鉆頭、樹脂包在桿體內或中空注射樹脂）的高強度錨桿。錨桿直徑Φ=20mm。

煤壁中部采用快速安裝的玻璃鋼錨桿，直徑Φ=20mm；頂、底板每三排錨桿布置一排中部玻璃鋼錨桿。

（1）推進工藝。頂板底板錨桿—切割陷落柱巖體—墊層物料—移架—清理巖塊。

（2）間排距。工作面每推進1個循環布設一排錨桿。

頂板錨桿：與水平夾角30°，間距為400mm，長度為2200mm。

底板錨桿：與水平面夾角為15°，間距為400mm，長度為2200m

m。

煤壁護幫錨桿：與水平夾角0°，間距為800mm，長度為2000mm。

3 應用效果

以上加固技術在我礦復采635工作面、薄基巖64采區進行了科學實驗，在超薄區域、頂板破碎區域、隔水層缺失區域進行了注漿加固，有效的控制了頂板松散、軟弱、易掉等情況，回采期間進行跟蹤調查均未出現大面積冒落、較大出水等安全隱患事故。

作者簡介：辛東京（1978-），男，高級工程師，畢業安徽理工大學采礦工程專業，現任皖北煤電集團有限責任公司百善煤礦技術科科長，長期從事煤炭生產技術管理工作。