97309綜采工作面過斷層注漿加固技術研究

郭 鵬

（山西晟泰能源投資有限公司，山西 晉城 048000）

斷層是煤炭回采時常遇地質構造，采面過斷層時易發(fā)生頂板冒落、煤壁片幫等事故，從而給煤炭回采安全帶來一定威脅[1-2]。在采面過斷層期間采取適當措施對破碎、不穩(wěn)定煤巖體進行改造，可為煤炭回采安全創(chuàng)造良好條件[3]。為此，以寺河煤礦二井97309綜采工作面過斷層為研究對象，提出采用注漿加固方式對斷層破碎帶煤巖體進行改造，為采面過斷層創(chuàng)造了良好條件。

1 工程概況

97309工作面走向長690 m，傾斜長180 m，回采9號煤，埋深390 m，煤層厚度1.6 m，傾角3°。頂?shù)装鍘r層巖性以砂巖為主，具體見表1。

表1 9號煤頂?shù)装鍘r性

回采巷道揭露地質情況是掌握回采范圍內地質構造的重要手段。97217巷（進風巷）掘進期間揭露DF41、DF102斷層，97219巷（輔助進風及運輸巷道）掘進期間揭露DF32斷層，97220巷（主回風巷）掘進期間未揭露斷層。根據(jù)后期物探以及鉆探成果發(fā)現(xiàn)，采面回采至260 m時會揭露DF32斷層（H=1.0～2.1 m，213°∠30°），回采 至351.3 m時 揭 露DF41斷 層（H=0.5～1.0 m，257°∠58°），回采至629.8 m時揭露DF102斷層（H=1.2～2.5 m，223°∠49°）。在采面過斷層期間圍巖破碎，冒落以及片幫風險較高。

2 注漿加固方案

2.1 注漿加固材料

為了提高斷層影響帶附近破碎煤巖體強度，降低注漿加固成本，注漿采用凱密安材料。該材料為新型的無機加固材料，材料膠結過程中不會產(chǎn)生大量的熱，同時可對破碎煤巖體有較好的膠結效果[4]。該材料由A、B兩種漿液構成，漿液混合3～10 min后即可膠結，按照0.8:1水灰比配合1 h后，漿液凝結強度可達到8 MPa以上，可滿足井下破碎煤巖體加固需要。注漿材料性能參數(shù)見表2。

表2 注漿材料性能參數(shù)

2.2 注漿加固鉆孔布置

常用的注漿鉆孔布置方式有兩種：一種是回采巷道內超前注漿；一種是采面內注漿。回采巷道內超前注漿可降低注漿對采面回采影響，但是需要精準掌握斷層賦存參數(shù)以及延展情況；采面內注漿可提高注漿精準性，降低注漿漿液消耗量，但是注漿一般在一定程度上影響采面推進[5-7]。

寺河礦二井生產(chǎn)任務繁重，若由于注漿加固導致采面無法快速推進顯然不能滿足礦井生產(chǎn)需要。為此，選用在回采巷道內超前注漿方式對斷層影響帶內破碎煤巖體進行加固。

2.2.1 鉆孔布置及封孔

97217巷（進風巷）掘進期間揭露DF41、DF102斷層，97219巷（輔助進風及運輸巷道）掘進期間揭露DF32斷層，為此，分別在97217巷、97219巷布置注漿孔對揭露的3條斷層進行加固，加固范圍均為10 m。以加固DF41斷層破碎帶為例，對注漿加固鉆孔布置參數(shù)進行設計。

在97217巷內布置的注漿加固鉆孔分2排布置，其中第一排鉆孔距離巷道底板1.0 m，主要起到加固斷層影響帶內破碎煤體作用；第二排鉆孔距離巷道底板2.5 m，主要起到加固破碎帶內巖層作用。第一排、第二排鉆孔仰角分別為1°～2°、3°～4°，鉆孔孔深均為65 m，實現(xiàn)對斷層在采面發(fā)育范圍全覆蓋注漿。具體注漿鉆孔布置如圖1。

圖1 注漿孔布置示意圖

注漿鉆孔封孔采用“兩堵一注”方式，封孔長度設計為6 m，封孔管為直徑20 m無縫鋼管，封孔材料為雙液速凝材料。具體封孔結構如圖2。

圖2 “兩堵一注”封孔結構

2.2.2 注漿參數(shù)

（1）注漿壓力

注漿壓力過大會導致鉆孔漏漿嚴重，同時會在煤巖體中形成新的裂隙，注漿壓力過小則存在注漿效果不佳問題。根據(jù)礦井以往注漿經(jīng)驗并結合現(xiàn)場試注情況，選擇高壓注漿方式進行注漿，注漿壓力設計為8～10 MPa，當鉆孔漏漿嚴重時將注漿壓力降低至6 MPa。

（2）注漿量

注漿量與注漿壓力、煤巖體裂隙擴展情況以及注漿長度等因素相關。初步估算單個注漿孔注漿量控制在450 kg。

3 注漿效果

在97217巷注漿完成后，布置窺視鉆孔分析注漿加固效果。由圖3可知，采用凱密安注漿對DF41斷層破碎帶加固后，巖層裂隙被注漿漿液充填，從而可在一定程度上提升破碎煤巖體強度及穩(wěn)定性。

圖3 鉆孔窺視圖

在采面回采過DF41斷層破碎帶期間對頂板以及煤壁穩(wěn)定性進行記錄，雖然采面過斷層期間處于仰斜開采，但煤壁未出現(xiàn)片幫，頂板未有冒落。表明在97217巷進行超前注漿后，斷層破碎帶煤巖體穩(wěn)定性得以明顯提升，可為采面安全、快速過斷層創(chuàng)造良好條件。

4 結論

（1）97309綜采工作面需要采用仰采方式過斷層，斷層破碎帶內煤巖體破碎，若不采取適當?shù)募庸檀胧O其容易導致煤壁大范圍片幫、頂板冒落或者架間漏頂問題。為此，提出在回采巷道內布置鉆孔對斷層破碎帶煤巖體進行加固。

（2）以采面過DF41斷層為具體實例，對鉆孔布置方案、注漿參數(shù)以及注漿效果等進行分析。現(xiàn)場應用后，采面過斷層期間未有片幫、冒頂?shù)仁鹿拾l(fā)生，表明超前注漿技術方案取得較好的應用成果。

（3）在采面后續(xù)過斷層時可分別在97217巷揭露DF102斷層位置以及97219巷揭露DF32斷層位置布置注漿鉆孔，對斷層破碎帶進行加固，確保采面過斷層安全。