8128 綜采工作面破碎頂板注漿加固控制技術研究

邢佳俊

（華陽集團新景公司，山西 陽泉 045000）

隨著煤炭開采逐漸轉入深部，由于高地應力的作用，導致工作面頂板來壓顯現劇烈，容易危及礦井安全生產[1-5]。新景煤礦8128 工作面頂板軟弱且破碎現象嚴重，以新景煤礦8128 綜采工作面為研究背景，分析工作面頂板破碎的主要影響因素，采用注漿加固的技術，實現綜采工作面圍巖控制。

1 工程背景

新景煤礦目前主采8#煤層，正在回采的8128工作面位于8#煤蘆南區北翼采區，東為8127 工作面（已掘），南為8#煤蘆南區北翼采區大巷，西為8129 工作面（未掘），北為525 水平中條帶大巷。工作面埋深336～506 m，平均埋深421 m，走向長1189 m，傾斜長220 m，面積261 580 m2。8128 工作面煤層平均厚度2.94 m，基本頂為6.65 m 的中粒砂巖，直接頂為8.08 m 的泥巖，直接底為1.87 m的砂質泥巖。

2 破碎頂板注漿加固機理分析

2.1 軟巖破碎頂板破壞特征分析

一般情況下，直接頂巖體內部的原生、次生裂隙導致巖體內部形成形態各異的各種巖塊，巖塊相互鉸接，在自然狀態下處于靜力平衡狀態[6-7]。隨著工作面的正常回采，巖體內部原有的平衡狀態被打破，巖塊沿結構面出現滑移。巖塊內部的垂直載荷常用P表示，將P進行正交分解，可以得出塊體的穩定性系數如式（1）：

8128 工作面直接頂為厚8.08 m 的泥巖，強度較低，整體較破碎，在工作面開采過程中，由于采動應力的作用，工作面頂板片幫現象嚴重。通過對直接頂巖塊的穩定性系數分析可以發現，巖塊的穩定性系數與巖塊粘結力、接觸面積及內摩擦角強度有較大關聯。因此，通過注漿加固的方法，提高巖體強度，可有效解決頂板破碎造成的工作面頂板片幫問題。

2.2 頂板注漿加固機理分析

一般情況下，對于工作面頂板，注漿可使得頂板內部的裂隙發生閉合。由于未實施注漿時巖體內部的C、S 值普遍較小，注漿并不能對煤巖體內部原有的力學參數產生影響，但卻有效提高了巖體內部原有的接觸面積，由于漿液的粘結作用，使注漿后的巖塊內部接觸面積提高，即C 值增大，因此，通過注漿的方法，可有效提高巖塊的穩定性系數，可保證工作面頂板圍巖的完整性。

注漿加固工作面破碎頂板的原理即為采用漿液對頂板裂隙進行充填，固結圍巖的裂隙面，使頂板裂隙達到一定程度的閉合，有效提高圍巖的完整性，使圍巖的整體承載能力有所提高，以達到保證頂板圍巖穩定的目的[8-10]。對工作面頂板易發生冒頂及幫部出現片幫的區域進行注漿加固，利用漿液的粘結力，固定頂板及幫部。

3 大采高工作面破碎頂板加固技術

3.1 注漿加固材料配比

根據8128 工作面頂板破碎的特征，選擇抗壓強度高、化學反應快、粘結力強的阻燃高分子聚合物久米納作為治理破碎頂板注漿的主要材料。久米納的主要技術指標見表1。注漿采用礦用3ZBQS-12/20 氣動化學注漿泵。

表1 久米納主要技術指標表

3.2 主要施工參數

3.2.1 鉆孔參數

（1）施工位置

8128 工作面頂板及8128 工作面回采巷幫部。

（2）鉆孔參數

通常投資的效果可以用“投資回報率（ROI）”評估，但酒店產品的“不可儲存性”和“無形性”使得社交媒體的“投資回報率（ROI）”難以從商業的角度進行計算。比如：酒店的聲譽和品牌的特點雖不可衡量，但對酒店經營至關重要，且通過社交媒體可輕松實現。趙雪晴（2016）的研究顯示，在互聯網時代，那些注重通過社交媒體與消費者進行日常交流和互動的公司，將會強化公司與消費者之間的關系，從而較為容易實現在財務上的回報[1]。因此，本文將重點研究那些已經使用社交媒體作為其營銷工具的高星級酒店，是如何衡量社交媒體營銷對其整體業務目標產生影響的。

鉆孔直徑：45 mm；鉆孔深度：8～14 m；鉆孔間距：4.5 m；鉆孔傾角：15°～20°；位置：工作面頂板下方400～1600 mm。具體分為以下三類：

① 頂板較破碎，且幫部片幫不超過1 m 范圍的，采用以下兩種鉆孔參數相結合的方式進行施工：

A.將鉆孔布置在距工作面頂板下方400 mm，孔深8 m，傾角15°；

B.將鉆孔布置在距工作面頂板下方800 mm，孔深10 m，傾角20°。

② 頂板較破碎，且幫部片幫不超過2 m 范圍的，采用以下兩種鉆孔參數相結合的方式進行施工：

A.將鉆孔布置在距工作面頂板下方600 mm，孔深10 m，傾角15°；

B.將鉆孔布置在距工作面頂板下方1200 mm，孔深12 m，傾角20°。

③ 頂板較破碎，且幫部片幫超過2 m 范圍的，采用以下兩種鉆孔參數相結合的方式進行施工：

A.將鉆孔布置在距工作面頂板下方800 mm，孔深12 m，傾角15°；

B.將鉆孔布置在距工作面頂板下方1600 mm，孔深14 m，傾角20°。

3.2.2 封孔參數

采用膠囊式封孔器，封孔器直徑為40 mm，長度為500 mm，自由膨脹外徑達70 mm，額定壓力不小于8 MPa，破壞壓力不小于20 MPa，封孔深度不小于1.6 m。

采用上述施工參數進行現場施工，以第一類情況為例，現場鉆孔布置示意圖如圖1。

圖1 現場鉆孔布置示意圖

4 注漿加固效果分析

收集整理注漿前后15 d 的工作面回采進尺，作為評價工作面頂板注漿效果的指標參數，整理數據見表2。根據表2 中數據繪制進尺曲線圖如圖2。

圖2 注漿前后日進尺對比效果圖

表2 注漿前后工作面回采進尺統計表

根據表2 及圖2 數據得出，在8128 工作面實施頂板注漿加固后，工作面進尺產生明顯變化。在未實施注漿加固時，工作面最低進尺為3.2 m，最高進尺為3.8 m，工作面日平均進尺為3.5 m/d，通過對頂板實施注漿加固后，工作面最低進尺4.2 m，最高進尺為4.8 m，工作面日平均進尺4.6 m/d，注漿前后日平均進尺提高1.1 m/d，提高效率達31.43%。

對8128 工作面實施注漿加固后，工作面頂板穩定性有效提高。統計結果顯示，在未實施注漿加固前，工作面頂板冒頂高度約為0.5～0.9 m，冒頂頻次約為1～3 次/班；實施注漿加固后，工作面頂板冒頂高度約為0～0.3 m，冒頂頻次約為0～1 次/班。經過注漿加固，8128 工作面的冒頂現象明顯減少，垮落的矸石也明顯減少，有效減少了工人清理冒落矸石花費的時間，提高了工人的勞動效率，保證了礦井安全高效生產。

5 結論

（1）通過對8128 工作面破碎頂板主要影響因素的分析，提出采用注漿加固的方法提高頂板破碎圍巖的粘結力，增大裂隙之間的接觸面積，達到保證破碎頂板圍巖完整性的目的。

（2）現場注漿工業性試驗結果顯示，實施注漿前后的監測周期內，注漿后工作面日平均進尺較未注漿前提高約1.1 m/d，提高效率達31.43%，工作面冒頂現象明顯減少，保證了礦井安全高效生產。