綜采工作面順槽破碎帶注漿加固技術應用

王 強

（同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司 ，山西 朔州 036000）

0 引 言

綜采工作面順槽破碎帶冒漏的主要原因；一是復雜的地質構造。如斷層、褶曲、裂隙等等，導致頂板及幫部煤巖破碎，局部受力不均勻，出現“網包”；二是受工作面推進采動超前應力影響。上述兩種共同作用造成工作面巷道冒漏事故。

冒漏頂的主要表現為頂部煤巖不同面積突然垮落，冒漏上方呈現為不規則的倒漏斗狀。以往放頂煤工作面順槽巷道出現破碎帶時，多采用鋪網二次補強支護措施處理，工作面回采至破碎帶范圍內，工作面與安全出口三角區破碎頂幫處無法控制，導致冒漏，冒漏后需再次進行吊假頂等處理措施。投入大，效果不佳，而且容易造成人身安全事故，不能徹底消除安全隱患。

工作面順槽巷道過斷時，巷道斷層線附近煤體破碎松軟，煤壁片幫嚴重，巷道與工作面交接的三角區，極易發生漏頂事故。為加固巷道頂幫，同時為后期過斷期間安全生產提供可靠保障，本次治理破碎帶決定采用液態化學加固材料對兩順槽斷層破碎頂幫進行頂板預注漿加固設計和處理。

注漿加固技術原理：注漿加固技術的基本原理是針對破碎帶冒頂的機理，結合工作面推進過程中的應力分布規律，合理布置注漿孔，及時對有冒漏征兆的頂幫煤巖體進行粘結加固。

1 工作面概況

麻家梁礦14101工作面煤層整體為單斜構造，煤層平均厚度9.15m，傾角3°-8°，工作面采高3.3m-3.5m，長度249.5m，順槽長度2750m。工作面周期來壓步距20m-30m，周期來壓顯現程度為明顯。

14101工作面兩順槽遇F1(落差H=3m）、F3(落差H=3m）斷層均為高角度正斷層，在實際過斷過程中，工作面揭露數條落差小于2m的伴生斷層，地質構造復雜。

放頂煤工作面過斷期間，膠帶順槽及輔運順槽兩處斷層線前后范圍頂幫破碎，巷道鋼帶邊角錨桿、網片崩斷，網片拉扯變形嚴重，出現多處“網包”，在回采至該范圍在工作面超前應力的作用下，液壓單體支柱支護起不到點支護的作用，“網包”受上方破碎煤層擠壓發生冒漏引起范圍擴大，從而導致巷道漏頂事故，影響安全生產。

基于巷道斷層附近破碎帶的不完整性，提出了采用液態化學粘結材料加固。在斷層破碎帶初期、裂隙剛剛發育時，提前采取注漿粘結加固處理技術，利用液態化學加固材料對工作面兩順槽幫頂進行頂板預加固處理，保障煤礦安全高效開采，具有重要的意義。

2 注漿加固施工方案

針對麻家梁礦14101工作面地質條件，進行了詳細的工作面順槽破碎帶注漿加固設計并對治理效果進行了監測分析。

2.1 方案設計

首先14101工作面兩條順槽巷道斷層所在的揭露附近破碎帶位置進行打眼預注漿加固破碎煤幫及頂板。注漿位置及施工參數如圖1、圖2所示。

根據工作周期來壓及地質構造情況，注漿孔深設計為10m，擴散半徑為3m。按照頂板破碎區、頂幫破碎疊合區、幫部破碎區三種類型，其注漿孔距初步設計為1.0m，在施工中根據頂幫實際破碎程度縮短間距，仰角分別為 40°～60°，20°～40°，10°～20°，注漿孔距頂板距離為1.5～2.5m，注漿壓力設計為2 MPa。注漿完成的標準是注漿壓力達到設計標準和頂板出現溢漿現象。

布孔方式如下：

圖1 工作面斷層示意圖

圖2 順槽煤幫注漿示意圖

2.2 施工要求

放頂煤工作面破碎帶注漿加固技術是在破碎帶初期、裂隙剛剛發育時，提前針對性地進行注漿加固處理、跟蹤頂幫破碎區域。既能減少注漿量，又避免不安全因素對生產的影響。

1）根據地質和礦壓監測預報，對巷道出現破碎部分煤巖體進行重點跟蹤觀察。

2）對巷道破碎帶出現變化劇烈的煤巖體，在來壓周期內對破碎煤巖體進行注漿加固。

3）合理布置注漿孔并確保注漿孔的深度。

同時工作面安全出口出現頂幫破碎帶時，必須盡快進行注漿加固處理，保證工作面的快速推進。

由于采用木垛接頂等辦法常常會延緩工作面的正常推進，致使工作面超前支承壓力峰值位置不變，即工作面持續不斷地來壓往往造成冒頂范圍越來越大，最終可能導致壓架、停產，甚至釀成安全事故。

由于工作面的回采，采空區應力重新分布，在采空區周圍形成新的支承壓力帶（見圖3）。

在不考慮工作面疊合支承壓力的情況下，工作面超前支承壓力峰值位置距離煤壁一般為4～8m，相當于2～3.5倍回采高度。影響范圍為40～60m，少數可達60～80m，應力增高系數為2.5～3.0?？紤]支承壓力峰值位置及周期來壓步距，一般注漿孔的孔深應在8m以上。

圖3 采空區應力重新分布概貌

2.3 注漿加固材料選擇

注漿加固材料應具有強度高、固化速度快、滲透性好等特性。目前常見注漿加固材料從使用機理上主要可分為三大類：

第一類是物理混合型的；第二類是復合反應型的；第三類是本質安全型產品。

本次注漿材料選用超聚砼注漿材料，試驗兼具無機與有機加固材料的優點，既克服了有機高分子材料反應溫度高、安全性差的缺點，也克服了無機材料粘接性低、早期強度低的弱點。同時該類產品還具有漿液流動性好，滲透性強，固化時間和抗壓強度可調等特點。施工動力為壓風，設備及材料為雙液注漿泵、封孔器、導流管，混合器等。

2.4 應用情況

本次注漿施工時間跨度為2013年2月～2013年4月，注漿施工工藝和一般化學注漿一樣，即打眼、安裝注漿管、封孔器、注漿和清洗注漿泵及管路。

在現場實際施工中注漿施工有以下特點：

1）隨著工作面推進及地質構造和工作面順槽來壓的變化，注漿工作循環不斷的進行，相臨兩個循環的注漿深度必須重疊1m以上。

2）密切跟蹤觀察巷道破碎帶煤巖體狀況，隨時改變注漿孔設計方案。

3）每一循環的注漿加固距離應始終和工作面超前支承壓力峰值保持一致。

4）為安全起見，充分利用工作面檢修班安排注漿施工。

5）對順槽巷道內任何可能出現的頂幫破碎現象，必須提前及時進行加固處理。當發生冒漏后，再進行注漿加固處理既存在極大的施工安全隱患，也增加了施工的難度。

根據實際注漿段巷道工程條件，進行了具體的綜放面冒頂片幫動態注漿加固設計，采用超聚砼材料進行施工、對治理效果進行了監測分析。

經動態注漿加固后，14101工作面斷層破碎區的破碎煤體能夠有效固結在一起，及時維護了頂板的完整性，有效防止破碎區域漏頂事故的發生,確保工作面安全推進。

動態注漿加固技術針對性強，節約大量資金。動態注漿加固技術的特點是動態跟蹤。即在冒頂片幫初期、裂隙剛剛發育時提前有針對性地采取注漿加固處理。這樣既能減少注漿量，又避免不安全因素對生產的影響。據估算，使用該技術較一般注漿加固技術節約資金20%以上，本次動態注漿加固累計節約資金200萬元以上。

3 結 語

麻家梁煤礦組織實施的綜采工作面面冒頂片幫動態注漿加固技術實施工程，解決了工作面可能隨時出現的冒頂片幫問題，保障了工作面安全有序推進；對確保千萬噸工作面的安全高效回采具有重要的實際應用價值，對類似條件的礦區也有重要的推廣、使用價值，具有顯著的經濟效益和社會效益。