注漿加固技術(shù)在工作面過(guò)陷落柱回采中的應(yīng)用

孟三軍

（山西潞安環(huán)能上莊煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

受地質(zhì)構(gòu)造影響，工作面在回采過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遭遇陷落柱。因陷落柱周?chē)簬r層結(jié)構(gòu)遭到破壞，圍巖力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，工作面在過(guò)陷落柱過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)工作面頂板巖層破碎、冒落，煤壁出現(xiàn)大面積片幫等，造成工作面頂板維護(hù)困難、推進(jìn)速度慢、安全管理難度大，嚴(yán)重制約工作面安全高效生產(chǎn)[1-3]。因此，以上莊煤礦22051 工作面回采期間過(guò)X2 陷落柱為例，結(jié)合工作面地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出了對(duì)工作面煤體和陷落柱周?chē)簬r進(jìn)行超前注漿加固的方法，提高工作面煤巖體穩(wěn)定性，保障工作面安全快速回采。

1 工程概況

22051 工作面位于22 采區(qū)東翼，主采3#煤層，煤層厚度3.8～4.5 m，平均厚度4.1 m，煤層傾角8°～12°，平均10°，工作面走向長(zhǎng)815 m，傾斜長(zhǎng)200 m。根據(jù)地質(zhì)勘探資料分析，工作面再向前推進(jìn)26 m，工作面中下部將揭露X2 陷落柱。X2陷落柱平面整體形態(tài)近似橢圓形狀，走向長(zhǎng)98 m，傾斜最長(zhǎng)為65 m，面積為5024 m2（如圖1）。根據(jù)對(duì)礦井前期鉆探時(shí)打鉆所取出的巖芯進(jìn)行分析，該陷落柱內(nèi)的巖層主要為碎狀砂巖和泥巖，巖層結(jié)構(gòu)較為破碎，整體膠結(jié)粘合穩(wěn)定性較差。同時(shí)，在鉆探過(guò)程中，該陷落柱內(nèi)未出現(xiàn)滲水、漏水和出水現(xiàn)象，因此判斷X2 陷落柱是不導(dǎo)水陷落柱。

22051 工作面受陷落柱影響，在回采推進(jìn)至該陷落柱影響范圍時(shí)，工作面經(jīng)常出現(xiàn)煤壁片幫、煤層頂板破碎、煤矸冒落現(xiàn)象，給工作面正常推進(jìn)及安全回采帶來(lái)較大影響。為提高工作面頂板支護(hù)質(zhì)量，確保工作面安全順利生產(chǎn)，預(yù)對(duì)工作面受X2陷落柱影響范圍區(qū)域的煤層頂板、陷落柱邊界范圍煤層及工作面煤壁進(jìn)行超前預(yù)注漿加固。

圖1 22051 工作面X2 陷落柱分布范圍示意圖

2 注漿加固方案

在工作面回采過(guò)程中，提前對(duì)工作面受陷落柱影響的煤巖體進(jìn)行注漿，注入的漿液進(jìn)入煤巖體裂隙后，對(duì)裂隙存在的空間進(jìn)行充填，使破碎松散的煤巖體固結(jié)在一起，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，從而增加煤巖體穩(wěn)定性和強(qiáng)度，提高工作面頂板圍巖和煤壁支護(hù)效果[4-5]。

2.1 注漿施工前準(zhǔn)備

（1）超前探查

在工作面切眼距陷落柱20 m 時(shí)，在工作面內(nèi)沿走向方向使用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)施工探查孔，探查孔垂直煤壁水平施工，對(duì)工作面即將揭露的陷落柱與工作面切眼的距離及工作面前方20 m 范圍內(nèi)陷落柱影響范圍進(jìn)行探清查明。

（2）材料及設(shè)備準(zhǔn)備

為確保工作面過(guò)陷落柱期間的安全，在工作面揭露陷落柱前，必須在工作面進(jìn)風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽距切眼100 m 范圍內(nèi)備足一定數(shù)量的單體液壓支柱、工字鋼、坑木、木板等支護(hù)材料及風(fēng)鉆、風(fēng)鎬等破巖工具和截割鋼管工具，同時(shí)在工作面低洼處安裝一備一用兩臺(tái)排水泵和排水管路等作為備用排水設(shè)備。

（3）超前注漿加固

根據(jù)地測(cè)部門(mén)提供的地質(zhì)資料分析，X2 陷落柱首先會(huì)在工作面第55～63 號(hào)支架處揭露，因此工作面在揭露X2 陷落柱前，先對(duì)該段煤巖體進(jìn)行超前注漿加固。根據(jù)工作面回采過(guò)程中揭露情況，對(duì)陷落柱的邊界范圍進(jìn)行分析校正，對(duì)陷落柱邊界范圍內(nèi)的煤巖體交界處進(jìn)行超前注漿加固。另外，在工作面回采推進(jìn)過(guò)程中，X2陷落柱被逐漸揭露以后，根據(jù)揭露陷落柱范圍大小及內(nèi)部巖層破碎情況進(jìn)行超前注漿。

2.2 施工工藝

（1）施工工序流程：陷落柱超前探查→陷落柱影響范圍內(nèi)煤巖交界處煤巖體超前注漿加固→工作面回采→工作面頂板及煤壁煤巖體破碎區(qū)域超前注漿加固→工作面施工瓦斯參數(shù)測(cè)試孔→工作面陷落柱邊界探查→下一個(gè)循環(huán)。

（2）陷落柱影響范圍探查施工。在工作面揭露陷落柱開(kāi)始正常回采后，工作面每向前回采推進(jìn)8 m，在工作面已揭露的陷落柱周邊左右各10 m 區(qū)域內(nèi)，沿工作面走向方向施工探查孔，用以對(duì)工作面前方8 m 回采范圍內(nèi)的陷落柱的邊界位置進(jìn)行探查，為對(duì)陷落柱邊界煤巖體進(jìn)行超前注漿提供參考依據(jù)。工作面陷落柱超前探查孔布置示意圖如圖2。

圖2 工作面陷落柱超前探查孔布置示意圖

（3）注漿加固工藝。根據(jù)對(duì)陷落柱超前探查取得的數(shù)據(jù)，分析陷落柱煤巖邊界范圍，提前對(duì)該范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固；根據(jù)工作面在回采過(guò)程中揭露的陷落柱煤巖體破碎情況及煤巖層注漿時(shí)超前探數(shù)據(jù)，提前對(duì)陷落柱邊界的煤巖分界處進(jìn)行注漿；根據(jù)工作面揭露的陷落柱巖石破碎及煤巖層內(nèi)部膠結(jié)情況對(duì)工作面煤層頂板或煤壁進(jìn)行超前注漿加固。

2.3 注漿加固設(shè)計(jì)

2.3.1 注漿鉆孔施工布置設(shè)計(jì)

在工作面煤壁側(cè)使用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)施工超前注漿鉆孔，設(shè)計(jì)孔深8 m，采用直徑為Ф42 mm 的鉆頭進(jìn)行施工。共施工兩排鉆孔，下排孔距工作面底板高度為1.5 m，與工作面煤壁呈90°夾角，上排孔與工作面煤壁呈30°夾角上仰施工，鉆孔距工作面底板高度為2.5 m（根據(jù)工作面頂煤厚度可適當(dāng)調(diào)整，頂煤厚度每增加1 m，鉆孔向上抬高0.5 m）。鉆孔間距3 m，沿工作面水平方向呈三花眼方式布置（如圖3），工作面每向前推進(jìn)4 m 施工一循環(huán)注漿鉆孔。

2.3.2 注漿材料及流程

注漿泵采用高壓風(fēng)動(dòng)注漿泵，風(fēng)動(dòng)壓力為0.6～0.8 MPa，注漿時(shí)注漿壓力在0～10 MPa。注漿材料選用潞安民爆器材公司生產(chǎn)的晉安I 號(hào)注漿加固材料，分為A、B 雙組分。具體注漿施工工藝流程如圖4。

圖3 工作面注漿孔布置示意圖

圖4 工作面注漿施工工藝流程示意圖

按照鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)完成注漿鉆孔的施工，安裝聯(lián)接注漿管路和配套的封孔配件，完成鉆孔封孔后開(kāi)始進(jìn)行注漿。注漿工作完成后，對(duì)注漿設(shè)備及管路進(jìn)行清洗，結(jié)束注漿工作。

3 結(jié)論

根據(jù)22051 工作面過(guò)X2 陷落柱的工程條件，為達(dá)到工作面不遷巷、安全快速便捷的直接過(guò)陷落柱目的，采取對(duì)工作面陷落柱進(jìn)行超前探測(cè)分析，掌握陷落柱在工作面的具體位置、邊界范圍和幾何尺寸，設(shè)計(jì)注漿方案，采取超前注漿加固，確保工作面過(guò)陷落柱回采時(shí)煤層頂?shù)装宓耐暾约胺€(wěn)定性。

22051 工作面自2019 年6 月2 日開(kāi)始揭露X2陷落柱，于6月30日工作面過(guò)陷落柱，共計(jì)用時(shí)28 d，工作面平均日回采進(jìn)度為3.5 m/d。在工作面過(guò)X2陷落柱期間，通過(guò)采取超前預(yù)注漿加固的措施對(duì)工作面煤壁和頂板進(jìn)行加固后，工作面回采期間未出現(xiàn)頂板冒落和煤壁大面積片幫等現(xiàn)象，工作面按正常推進(jìn)速度進(jìn)行回采。