大采高綜采工作面三角區注漿加固技術研究

張 俊

（晉煤集團寺河礦，山西 晉城 048000）

大采高綜采工作面具有工作面產量高、瓦斯治理難度小等優點，是開采厚煤層的一種重要方式[1-2]。大采高綜采工作面采煤工藝過程與一般綜采基本相同，但是由于垮落帶高度增加，且工作面開采強度大，其礦壓顯現比較強烈[3]。因而，工作面煤壁片幫、冒頂、三角區破碎等問題成為大采高綜采工作面安全高效開采、綜采設備效能發揮的重要制約因素[4-6]。三角區注漿加固是確保大采高綜采工作面安全開采的有效措施，根據相關研究提出對晉煤集團寺河礦井W5303 大采高工作面三角區易片幫區域進行注漿加固處理，保證了工作面安全、快速推進。

1 工程概況

W5303 工作面煤厚為5.7 m，煤層平均傾角5°，工作面走向長625 m。53031 巷由于受到回采工作、巷道布置等時間和空間上的影響，5302 工作面一次采動時，巷道巷幫煤體裂隙已經較為發育。5303 工作面開采時，53031 巷高為3.7 m，開采高度為5.3 m，端頭區域與巷道相鄰部分為階梯狀，構成了一個“三角區”，使端頭區域部分易破碎、片幫，給工作面的安全回采和支護帶來困難。工作面端頭區示意圖如圖1。

圖1 工作面端頭區示意圖

2 采動影響下工作面三角區破壞規律分析

通過對5302 工作面復用巷道53031 巷進行變形觀測，可以了解巷道所受動壓影響下工作面前方及后方采空區支承壓力影響范圍以及在動壓影響下巷道變形與支承壓力影響范圍的時空關系，包括：巷道在不同時期、不同地點的變形程度、穩定時間及穩定時滯后工作面的距離、巷道最大變形程度，動壓影響復用巷道不同變形程度的范圍等，從而為選擇合理的注漿范圍與注漿時機提供理論依據。

2.1 測點布置及觀測方案

主要觀測方法為“十”字布點法，觀測53031巷道的頂底板移近量、兩幫移近量。觀測儀器為鋼卷尺和帶線掛鉤。在5303 切眼前方10 m 開始布置10 個測點，測點間距10 m，在測點布置過程中盡量選擇煤壁相對穩定的斷面布置，因此實際布置過程中斷面位置可能稍有偏移。測站采用“十”字布點法監測巷道斷面，共A、B、C、D 四個點，在相應巷幫及頂、底板進行標定，如圖2。

圖2 巷道變形測站布置剖面圖

2.2 表面位移變形規律分析

進行測量后，綜合分析現場數據，可以得出5303 工作面采動下53031 巷的表面位移變形規律，歸納見表1。

表1 53031 巷巷道表面位移變形規律一覽表

通過對53031 巷測點表面位移觀測數據進行分析整理，得出在動壓影響下大采高長工作面回采巷道表面位移的變形規律，大致可以將53031 巷前方采動影響范圍劃分為無采動影響區、初始采動影響區和劇烈采動影響區三個范圍。無采動影響范圍：在5303 工作面前方56 m 之外，巷道圍巖移動變形量小，巷道維護狀況良好；初始采動影響范圍：初始采動影響范圍在23～56 m 以內，該范圍內由于巷道受到回采動壓作用的影響，巷道變形速度增加；劇烈采動影響范圍：劇烈采動影響范圍在距離工作面前方23 m 之內，伴隨著工作面的推進，受到強烈回采動壓影響，巷道圍巖變形、頂底板移近量會逐步增加。由此為依據，對工作面前方初始采動影響區和劇烈采動影響區進行注漿加固。

3 注漿加固方案

3.1 注漿鉆孔深度

5303 工作面回采的二次采動影響下，端頭區變化比較明顯，整個端頭區都是塑性區域，煤體破碎嚴重。同時，煤柱區域的應力向端頭區域轉移，進一步加劇了端頭區的破壞。端頭區的塑性區范圍為15 m 左右，而注漿加固的范圍主要是受支承壓力影響的破裂煤體范圍，設計在煤體中打深孔進行注漿加固，深孔設計為20 m，能夠較好地提高圍巖的整體穩定性，達到對大采高工作面三角區注漿加固的目的。

3.2 注漿鉆孔布置

在53031 巷的注漿區域布置上下兩排鉆孔，上排和下排鉆孔交錯布置，下排鉆孔距離底板的高度1.5 m，上排鉆孔為2.5 m，上下排注漿鉆孔間距3 m；下排鉆孔角度垂直于巷幫，上排鉆孔具有一定角度，鉆孔上仰角度為8°，上下排鉆孔孔深均為20 m。注漿鉆孔布置如圖3。

圖3 53031 巷巷道注漿鉆孔布置示意圖

3.3 注漿材料

聯邦加固I 號是以無機材料為主要組成成分的一種快凝、早強型單液無機注漿材料，具備較強的可注性。兩種漿液在混合前，6 h 內不凝固、不泌水、不沉淀，且材料流動性較好，可以滿足深孔長時間擴散的要求，可保證較大的注漿量。不同齡期及水灰比條件下抗壓強度見表2。

表2 聯邦加固I 號（單液）注漿材料不同水灰比抗壓強度

4 工程效果

（1）本次三角區注漿加固范圍為185 m，共計注漿79 個孔，注漿量為2634 袋，平均每孔注漿量為33.3 袋，最大單孔注漿量為148 袋。現場注漿材料所用水灰比為0.8，共注漿液115.53 t。

（2）工作面三角區注漿后，在工作面回采的過程中對煤壁片幫情況進行觀測，并統計匯總，片幫情況見表3。

表3 三角區注漿后工作面煤壁片幫統計表

通過對注漿前后現場實際情況進行對比，可以看出注漿前工作面煤壁片幫現象非常嚴重，片幫深度比較大；在進行注漿加固后，由工作面注漿后煤壁片幫統計表可以看出，片幫量大大減小，減小范圍平均為0.4 m，有效控制了煤壁片幫現象，基本達到了防止煤壁片幫的要求，對工作面的正常回采提供了保障。

5 結 論

（1）根據觀測確定了工作面前方的無采動影響區、初始采動影響區和劇烈采動影響區的范圍，為工作面三角區注漿加固提供依據。

（2）根據三角區注漿加固需要，注漿材料選用了流動性好、擴散性好、早期強度高的新型單液無機注漿材料。

（3）通過向煤體內進行打孔注漿，對受超前支承壓力影響范圍內的破碎煤體進行加固，提高煤體的強度。當工作面推進到注漿區域后，由于破碎的煤體在漿液的固結作用下膠結形成整體，工作面煤壁不會輕易出現片幫，且片幫范圍比較小，達到了比較理想的效果，可以實現工作面安全、快速推進。