回采工作面超前預(yù)注漿加固技術(shù)研究

劉 鑫

（山西晉煤集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

綜采工作面過構(gòu)造帶，是影響原煤安全高效開采的重要課題。受構(gòu)造前后煤層地質(zhì)變化影響，工作面容易出現(xiàn)頂板變形破碎，進(jìn)而導(dǎo)致支架接頂不實(shí)、壓架死架等現(xiàn)象，對(duì)采面的生產(chǎn)進(jìn)度和安全工作造成很大阻礙。現(xiàn)階段過構(gòu)造主要是依靠工人進(jìn)入煤幫后用單體柱臨時(shí)支護(hù)，不但效率慢，還極易引發(fā)片幫傷人事故。因此如何實(shí)現(xiàn)構(gòu)造區(qū)的超前治理防范，是目前回采提效的重要課題。

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

岳城煤礦為晉煤沁秀公司下屬生產(chǎn)礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬(wàn)t/a，主采3號(hào)煤層。井田內(nèi)3號(hào)煤層賦存穩(wěn)定。1308工作面走向長(zhǎng)度為1623.2m，傾斜長(zhǎng)度為294.7m，可采長(zhǎng)度1305.2m，煤層平均厚度4.79m。順槽巷道斷面為矩形，沿頂留底掘進(jìn)，采用樹脂加長(zhǎng)錨固錨網(wǎng)錨索聯(lián)合支護(hù)。工作面布置示意圖如圖1所示。

圖1 1308工作面布置示意圖

2 研究?jī)?nèi)容

本研究主要是將1308工作面構(gòu)造探測(cè)技術(shù)、煤巖體深孔注漿技術(shù)相結(jié)合[1]，利用工作面構(gòu)造探測(cè)結(jié)果，制定有針對(duì)性的深孔注漿加固方案，在工作面推進(jìn)過程中，超前工作面進(jìn)行注漿施工，并在1308巷進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)頂板冒落率降低80%以上，最大冒落高度不超過1.0m，片幫率降低80%以上，最大片幫寬度不超過1.0m，不影響工作面的正常推進(jìn)。

（1）大采高工作面構(gòu)造區(qū)域探測(cè)，主要利用槽波探測(cè)技術(shù)對(duì)工作面地質(zhì)異常區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，有效指導(dǎo)深孔注漿鉆孔布置、注漿施工等。

（2）大采高工作面構(gòu)造區(qū)深孔注漿方案設(shè)計(jì)，主要是結(jié)合工作面構(gòu)造探測(cè)結(jié)果，制定具有針對(duì)性的鉆孔布置方案、深孔注漿加固方案，合理安排工作面構(gòu)造區(qū)域的深孔注漿加固工作。

（3）大采高工作面構(gòu)造區(qū)深孔注漿工業(yè)性試驗(yàn)及效果考察，主要是按照工作面構(gòu)造區(qū)深孔注漿方案，對(duì)工作面構(gòu)造區(qū)進(jìn)行超前注漿施工，對(duì)深孔注漿加固效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

項(xiàng)目研究開發(fā)的技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目研究的技術(shù)路線

3 研究方案

3.1 構(gòu)造探測(cè)

本次槽波勘探選擇在1308工作面，探測(cè)長(zhǎng)度為937m。由槽波探測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，工作面回采區(qū)域發(fā)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)域共7處，具體如表1所示。

3.2 鉆孔布置

根據(jù)工作面探測(cè)結(jié)果可知，6#、7#構(gòu)造對(duì)工作面影響最大，因此重點(diǎn)對(duì)6#、7#構(gòu)造進(jìn)行超前預(yù)注漿。以6#構(gòu)造區(qū)為例，其鉆孔布置方案如下：

打鉆范圍：13081巷內(nèi)，里程80m至停采線往外15m，約165m范圍超高區(qū)。

計(jì)劃采用上、下兩排鉆孔深孔注漿方式，對(duì)超高區(qū)進(jìn)行加固。其參數(shù)如下：

（1）上排孔開孔高度距離頂板1.5m，下排孔開孔高度距離頂板3m，仰角均為1.5°（鉆桿長(zhǎng)度每100m，自然下垂1°，終孔位置基本與開孔高度水平）；

（2）上下排孔間距均為6m，孔徑94mm，孔深140m。鉆孔布置見圖3，鉆孔參數(shù)見表2所示。

表1 1308工作面構(gòu)造區(qū)條件表

圖3 6#構(gòu)造區(qū)鉆孔布置圖

表2 鉆孔施工參數(shù)

3.3 超前注漿

對(duì)6#、7#構(gòu)造進(jìn)行超前注漿，注漿設(shè)備系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖4 注漿設(shè)備系統(tǒng)示意圖

每日注漿前，應(yīng)提前將所需材料搬運(yùn)至注漿設(shè)備附近。注漿攪拌水灰比必須一致，兩種漿料必須確保等體積1:1吸漿[2]，注漿壓力、泵速（流量）根據(jù)注漿情況及時(shí)調(diào)節(jié)。所有人員不能遠(yuǎn)離自己崗位，注漿看護(hù)人員要觀察注漿泵是否吸漿，下料是否一致，出現(xiàn)問題及時(shí)反饋調(diào)整，當(dāng)遇到漏漿情況的時(shí)候，暫停注漿泵，采用棉紗或者棉紗蘸進(jìn)行封孔，防止噴漏漿傷人。

4 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

該項(xiàng)目于2017年9月至12月在13081巷進(jìn)行井下試驗(yàn)。為方便對(duì)注漿加固后的煤巖體注漿效果及注漿擴(kuò)散半徑進(jìn)行考察，在注漿區(qū)域布置鉆孔進(jìn)行鉆孔窺視，探測(cè)漿液滲透效果。窺視效果如圖5所示。

由上圖可見，注漿后漿液擴(kuò)散至2m左右時(shí)，構(gòu)造區(qū)煤體破碎程度減緩，最遠(yuǎn)可擴(kuò)散至4.5m左右，此時(shí)構(gòu)造區(qū)域與周圍煤體粘結(jié)成一個(gè)整體，煤體破碎程度大幅度減小，煤層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定清晰，未發(fā)生大面積垮落[3]，說明注漿有效提高了構(gòu)造區(qū)域的圍巖整體性。

工作面推至注漿區(qū)域后，對(duì)工作面煤體深孔注漿加固效果考察。工作面頂板圍巖控制較好，基本上未出現(xiàn)頂網(wǎng)漏矸及支架壓架現(xiàn)象。煤壁整體平整，共發(fā)現(xiàn)兩處片幫，第一處發(fā)生在56#～57#架處，深度約0.3m；第二處發(fā)生在81#～82#架處，深度約0.4m。其現(xiàn)場(chǎng)拍攝照片如圖6所示。

圖5 注漿效果、擴(kuò)散半徑窺視效果圖

從圖中可以看出，掩護(hù)架前煤壁整體結(jié)構(gòu)平直，56#～57#架片幫區(qū)域可能是采煤機(jī)超挖引起的正常現(xiàn)象；81#～82#架處片幫程度較大，可能是靠近機(jī)尾三角區(qū)，受采動(dòng)影響過大引起的煤壁脫落，片幫呈縱向分布，與回采方向一致，對(duì)回采影響較小。

圖6 工作面煤壁片幫情況現(xiàn)場(chǎng)照片

5 結(jié)論

對(duì)1308工作面采用槽波探測(cè)后，制定深孔超前注漿方案，能夠有效提高構(gòu)造區(qū)圍巖應(yīng)力，降低煤幫破碎情況。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果可知，該技術(shù)能夠有效控制頂板圍巖整體結(jié)構(gòu)，頂板冒落率降低80%以上，片幫率降低80%以上，最大片幫寬度不超過1.0m，說明該技術(shù)能夠有效提高回采速率，確保工作面安全高效回采。