注漿加固技術在綜采工作面破碎頂板中應用實踐

岳俊光

（西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

1 工程案例

西山煤電股份有限公司馬蘭礦12509工作面為南五采區，工作面設計走向長度為1550 m，傾向長度為220 m，回采煤層為2#煤層，平均厚度為3.0 m。2#煤層無偽頂，直接頂主要以泥巖為主，平均厚度為2.3 m，該巖石層呈深灰色，水平層理發育，巖石抗壓強度較低，在外力的作用下易破碎；基本頂主要以S5砂巖為主，平均厚度為5.67 m，巖石硬度大。截至目前12509工作面已回采490 m。

根據馬蘭礦地測科提供工作面水文地質資料顯示，工作面在回采至235 m、520 m處分別揭露兩條正斷層F4、F5，其中F4斷層落差為1.2 m，傾角為50°，F5斷層落差為1.5 m，傾角為55°。12509工作面采用帶壓擦頂強行破巖的方法過F4斷層，受構造應力影響，工作面在過斷層期間頂板局部地段形成破碎區域，影響工作面回采長度為22 m，在頂板破碎區域回采時出現移架困難、支架初撐力不足、工作面回采效率低等難題，甚至出現局部冒頂現象，威脅工作面安全回采。通過分析研究，預計工作面在過F5斷層時頂板更加破碎，影響工作面走向長度達35 m。對此，為提高破碎頂板穩定性，保證工作面安全快速過斷層，決定對F5斷層帶附近頂板破碎區域采用注漿加固技術進行維護。

2 注漿加固技術原理

注漿加固技術主要利用馬麗散對破碎煤巖體進行粘合，從而提高破碎煤巖體整體穩定性。馬麗散是一種低粘度、粘合能力及柔韌性強的高分子一聚亞胺膠脂材料。在破碎煤巖體中它能充分、快速地滲入到巖體裂隙內，從而對破碎巖體進行粘合，提高松散巖體的整體性和受力性能。

馬麗散凝固后具有良好的柔韌性，對外力具有一定的承受能力，同時破碎煤巖體被馬麗散粘合后，不僅增加了破碎巖體的機械性能，而且提高了破碎巖體機械阻力以及支撐力。通過實驗數據表明，破碎巖體經馬麗散加固后，巖體單向抗壓強度可提高至65～80 MPa，塑性變形載荷值在150 kN以上。

3 注漿加固技術應用

3.1 注漿前準備工作

（1）注漿前應將所有設備、材料運輸至施工地點，12509工作面注漿時采用的設備及材料主要有：ZBQ-8/3型氣動注漿泵一臺；直徑為40 mm、長度為50 m風管4根，風管連接頭四個；長度為30m鋼編軟管5根；清洗劑2桶；封孔器若干個以及棉紗和木楔等。

（2）由于注漿泵采用風力作為動力源，所以必須保證礦用靜壓風壓力符合設計，一般在4～7MPa。

3.2 注漿施工工藝

由于12509工作面直接頂主要以泥巖為主，平均厚度為2.3 m，在構造應力作用下該巖石層出現破碎現象，主要對該區域巖體進行注漿加固。

（1）在工作面指定位置施工注漿鉆孔，12509工作面共施工一排注漿孔，注漿孔施工在距工作面頂板0.5 m位置，鉆孔深度為5.0 m，鉆孔孔徑為42 mm，鉆孔與工作面呈25°仰角布置，工作面每隔10 m施工一個鉆孔，如圖1所示。

（2）鉆孔施工完后，在鉆孔內埋設注漿管，并安裝封孔器，然后將高壓膠管與注射槍及注漿泵進行連接，同時將吸管插入裝有馬麗散樹脂與催化劑配比為1:1的混合液桶內進行注漿。

（3）在注漿時，終孔注漿壓力必須符合設計要求，不得低于5 MPa。注漿壓力達到設計值且穩定10 min以上或者煤壁出現注漿液滲出時立即停止注漿。

（4）工作面第一排注漿工序完成后繼續回采，在回采期間應隨時觀察注漿后破碎頂板穩定情況，當工作面回采推進4.0 m后施工第二排注漿鉆孔并進行注漿，相鄰兩排注漿孔交錯1.0 m布置，如圖1所示。

圖1 12509工作面破碎頂板注漿鉆孔布置示意圖（mm）

3.3 應用效果

（1）施工工藝簡單。傳統工作面破碎頂板一般采用錨桿支護、吊棚支護等，施工工藝復雜、繁瑣，而且支護間距小（一般控制在1.0 m范圍內），作業人員勞動強度大，支護施工過程中對工作面正常回采影響大。而采用注漿加固技術施工工藝相對簡單，對工作面回采影響小。

（2）支護效果好。注漿支護可對大面積破碎巖體進行粘合，形成一個完整的耦合體。通過對12509工作面頂板破碎巖體注漿前后進行抗壓實驗，發現注漿前巖體抗壓強度僅為9 MPa，而注漿后巖體的抗壓強度提高至74 MPa，有效提高了破碎巖體抗壓強度。12509工作面頂板破碎巖體注漿加固后，在后期回采期間頂板未出現破碎現象，工作面液壓支架初撐力得到提高（額定值80%以上），移架期間未出現倒架、陷底以及移架頂梁損壞等現象，加快了工作面回采速度，平均回采進度5.5 m/d。

（3）節約了成本費用。12509工作面破碎頂板若采用傳統施工錨索吊棚支護，需成本及勞動費用共計52萬元，而采用注漿支護時成本及勞動費用僅需9萬元，大大降低了支護材料及勞動成本費用。

4 結束語

馬蘭礦綜采三隊在12509工作面斷層破碎帶頂板區域實驗采用注漿加固技術進行維護，實踐證明破碎頂板采取維護措施后，提高了頂板破碎巖體單向抗壓強度，有效防止因頂板破碎而發生冒頂事故，保證了綜采工作面安全高效過斷層破碎帶，取得了顯著成效。