綜采工作面高冒區(qū)注漿加固治理技術(shù)

席 健，盧建明

（山西馬軍峪煤焦有限公司，山西 長治 046500）

0 引 言

我國是一個(gè)煤炭大國，煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位，對(duì)經(jīng)濟(jì)具有促進(jìn)作用[1-2]。煤炭開采的同時(shí)需要掘進(jìn)眾多巷道，煤礦巷道高冒區(qū)嚴(yán)重制約著煤礦安全生產(chǎn)，特別是工作面支架頂板冒落區(qū)給人員和機(jī)械設(shè)備帶來威脅[3-6]。陳樹濤[7]采用錨索帶、錨索、超前支護(hù)技術(shù)方案對(duì)新橋煤礦2304 頂板冒落區(qū)進(jìn)行了治理，安全通過了該高冒區(qū)；張明亮[8]采用人工假頂、注漿、架棚的支護(hù)方式對(duì)新元煤礦3214 工作面回風(fēng)巷高冒區(qū)進(jìn)行治理，取得了非常好的效果；武強(qiáng)[9]采用人工假頂和注漿的聯(lián)合支護(hù)措施對(duì)屯蘭礦12501 順槽巷道高冒區(qū)進(jìn)行治理，順利通過高冒區(qū)；王宇飛[10]采用人工假頂及注漿加固的聯(lián)合治理技術(shù)對(duì)青磁窯煤礦回風(fēng)延伸巷道頂板高冒區(qū)進(jìn)行治理。以上學(xué)者通過不同的治理方式對(duì)巷道頂板高冒區(qū)進(jìn)行了治理，但對(duì)于傾斜工作面頂板高冒區(qū)的治理研究較少。基于此，本文以山西馬軍裕煤礦為試驗(yàn)礦井，對(duì)其傾斜綜采工作面高冒區(qū)進(jìn)行治理研究，以期達(dá)到快速施工安全通過高冒區(qū)的目的。

1 概 況

山西馬軍峪煤礦坐落于沁源縣境內(nèi)，礦井生產(chǎn)能力1.2 Mt/a，90110 綜采工作面主采9+10 號(hào)煤層，煤層平均厚度2.4 m，工作面上山坡度為20°。該工作面內(nèi)存在陷落柱等區(qū)域構(gòu)造且構(gòu)造復(fù)雜，同時(shí)受到采動(dòng)影響，工作面局部比較破碎，頂板壓力較大，應(yīng)力集中區(qū)域裂隙發(fā)育度高，工作面頂板煤層被壓疏，導(dǎo)致工作面第44～54 架均出現(xiàn)了不同程度的片幫和冒頂現(xiàn)象，局部區(qū)域冒頂冒落高度約5 000～6 000 mm，頂板離層明顯，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)無法進(jìn)行，給采煤工作帶來巨大安全隱患。為消除安全隱患，需對(duì)工作面高冒區(qū)進(jìn)行注漿治理。

2 高冒區(qū)控制技術(shù)

針對(duì)90110 綜采工作面高冒區(qū)的破壞特征，經(jīng)分析采用頂板高冒區(qū)充填治理，對(duì)煤幫進(jìn)行注漿加固治理，保證現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)高效、有序進(jìn)行。

2.1 高冒充填

對(duì)綜采工作面高冒區(qū)進(jìn)行充填治理，鋪設(shè)人工假頂。為防止工作面頂板冒落矸石坍塌后把工作面刮板輸送機(jī)壓死，在進(jìn)行人工假頂鋪設(shè)前，采用提前在刮板輸送機(jī)機(jī)道內(nèi)架小橋的方式，保證工作面頂板矸石坍塌后可正常啟動(dòng)刮板輸送機(jī)，及時(shí)將工作面塌落的矸石運(yùn)走，給頂板加固創(chuàng)造有利條件（圖1）。鋪設(shè)假頂時(shí)，在高冒區(qū)兩側(cè)鋪設(shè)錨索吊棚，該錨索吊棚由工字鋼梁、鋼絞線組成。當(dāng)錨索吊棚完成后，使其保持與工作面頂板0.5 m 的間距，注漿孔布置在人工假頂上方，注漿管路長度設(shè)計(jì)為3 000～4 000 mm，孔徑設(shè)計(jì)為42 mm，高冒充填如圖2 所示。

圖1 刮板運(yùn)輸機(jī)防塌裝置示意Fig.1 Anti-collapsed device of scraper transportation machine

圖2 高冒充填示意Fig.2 High caving filling

2.2 煤幫加固

煤幫注漿加固采用FSS 化學(xué)加固材料，在綜采工作面煤幫垮落區(qū)第44～54 架內(nèi)布置加固注漿孔。根據(jù)情況布置2 序孔（頂板孔和煤幫孔），頂板孔垂直布置于頂板，煤幫孔布置于距底板1 200 mm處，在煤幫開孔，角度向上傾斜15°，孔深設(shè)計(jì)均為6 000 mm，注漿鉆孔間距設(shè)計(jì)為3 000 mm，注漿時(shí)先加固44～54 架兩側(cè)，以防止壓力傳遞兩側(cè)進(jìn)一步片幫或冒頂，注漿孔孔徑設(shè)計(jì)為42 mm。

2.3 材料性能

2.3.1 FCC 充填材料

FCC 充填材料是一種永久性密閉材料，主要應(yīng)用于密閉墻、采空區(qū)、冒頂?shù)裙こ蹋瑢儆诎l(fā)泡型注漿充填材料。該充填材料屬于雙液充填材料，主要由A、B 兩種液體組成，其中A 料的粘度平均值為225，B 料的粘度平均值為200。當(dāng)A、B 兩種液體混合后，經(jīng)過20 s 后發(fā)生反應(yīng)，開始發(fā)泡，反應(yīng)時(shí)能夠形成大量氣泡。通常情況該材料的使用配比為1∶2，具有非常好的阻燃性。同時(shí)，其膨脹可達(dá)原來的30 倍作用，能夠很好的充填到所有裂隙，具有高彈性、反應(yīng)強(qiáng)度大、不受地質(zhì)影響的特點(diǎn)。反應(yīng)時(shí)最高溫度為60°，符合《煤礦井下反應(yīng)型高分子材料安全管理辦法（試行）》的要求，無毒、無害，符合煤礦使用安全指標(biāo)。

2.3.2 FSS 注漿加固材料

FSS 注漿加固材料屬于化學(xué)漿液，一般應(yīng)用于破碎煤巖體、軟弱巖層的注漿加固工程中。該注漿加固材料屬于雙液注漿材料，由A、B 兩種單液組成，單液存放長時(shí)間不凝固。在注漿加固工程中，將A、B 兩種液體按照1∶1 進(jìn)行混合。在注漿過程中，可添加相關(guān)試劑，調(diào)整注漿材料的凝結(jié)時(shí)間等參數(shù)。當(dāng)兩種化學(xué)漿液混合后，注入到破碎的煤巖體裂隙中，能夠發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，生成具有高強(qiáng)度、高粘結(jié)性的固結(jié)體，使得破碎的煤巖體形成一個(gè)整體，提高破碎煤巖體的物理力學(xué)性能，形成骨架結(jié)構(gòu)，將破碎的煤巖體形成完整的巖層，增加強(qiáng)度。在較高的注漿壓力作用下，漿液被擠入到微小裂隙中，當(dāng)工作面揭露后，松散的煤巖體形成了一個(gè)整體，不容易發(fā)生片幫以及冒頂事故，保證了工作面的安全生產(chǎn)。

2.4 注漿參數(shù)

注漿壓力設(shè)計(jì)為3～5 MPa，在注漿過程中其有效半徑不小于2.5 m。

2.5 注漿設(shè)備

注漿設(shè)備主要是注漿泵，采用2ZBQ-5/12 型氣動(dòng)高壓雙液注漿泵，具有輕便、易操作、靈活性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，最大注漿壓力可達(dá)20 MPa，最大流量為20 L/min。注漿管路選用4″鋼管，長3 000～4 000 mm；混合器選用人字型三通混合器，高壓膠管；出漿管選用直徑10 mm 雙層鋼絲編制的高壓膠管，允許壓力5 MPa，進(jìn)風(fēng)管采用高壓膠管。

2.6 注漿施工方法

（1） 設(shè)備和材料。準(zhǔn)備注漿桶、攪拌桶、管路等設(shè)備，以及較多注漿材料，保證注漿工程的連續(xù)施工。

（2） 施工工序。按照注漿工程設(shè)計(jì)方案選定鉆孔，鉆孔鉆完后，檢查并安裝注漿管路和注漿混合器，相關(guān)管路完成后，進(jìn)行封孔作業(yè)，實(shí)施注漿工程。

（3） 注漿管路的連接。保證管路接口的密閉性，用氣動(dòng)注漿泵壓風(fēng)，把管路中的碎物吹干凈，不阻礙注漿工程的實(shí)施。

3 施工技術(shù)及檢測(cè)

3.1 施工技術(shù)

（1） 按照設(shè)計(jì)要求施工注漿孔，間距誤差控制在0～50 mm。鉆孔深度誤差控制在0～30 mm。

（2） 施工前，采用清水沖洗管路，并檢查管路的密閉情況，測(cè)試能否達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力。

（3） 注漿加固材料采用1∶1 配比，其凝結(jié)時(shí)間平均為55 s，設(shè)計(jì)流量不大于25 L/min，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，漿液流量小于5 L/min 時(shí)，可結(jié)束該鉆孔的注漿工作，進(jìn)行下一鉆孔注漿施工。

（4） 當(dāng)注漿過程中遇到跑漿時(shí)，立即降低注漿壓力，進(jìn)行間歇注漿，若跑漿繼續(xù)發(fā)生，可調(diào)節(jié)漿液的凝結(jié)時(shí)間。

3.2 注漿檢測(cè)

3.2.1 壓力變化

在注漿過程中，裂隙被漿液充填，注漿壓力不斷上升，表明注漿效果較好。

3.2.2 注漿量變化

隨著注漿工程的進(jìn)行，后期鉆孔注漿量明顯減少，注漿帷幕形成，導(dǎo)注漿量降低。

4 結(jié) 語

對(duì)山西馬軍峪煤礦90100 綜采工作面高冒區(qū)采用頂板高冒區(qū)充填治理+煤幫注漿加固治理的綜合治理措施，提高了假頂對(duì)冒落區(qū)的支護(hù)作用，緩解了窩風(fēng)區(qū)的瓦斯積聚問題；提高了破碎煤巖體的膠結(jié)能力，防止工作面頂板和煤幫的繼續(xù)變形，有效控制了高冒區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，工作面安全順利開展了采煤工作。