注漿加固技術在綜采工作面安全順利過斷層中的應用研究

李穎博

（晉能控股煤業集團晉城公司，山西 晉城 048000）

在回采煤炭時經常會碰到斷層這種地質構造，頂板冒落、煤壁片幫等問題在綜采工作面過斷層破碎帶時時常發生，嚴重威脅煤炭回采安全。在該過程中，通過相關措施改良破碎及不穩定的煤巖體情況，有利于煤炭安全回采。因此，本文通過研究分析晉能控股煤業集團某礦97309綜采工作面過斷層的狀況，應用超前注漿加固技術來加固斷層破碎煤巖體，從而實現綜采工作面安全通過斷層。

1 工程概況

晉能控股煤業集團某礦97309綜采工作面，走向長和傾斜長分別為690m、180m，回采9號煤，埋深和煤層厚度分別為390m、1.6m，傾角3°。如表1所示，其頂底板巖性主要為砂巖。

表1 9號煤頂板巖性及底板巖性情況表

煤炭回采區域內地質構造的判定主要可通過回采巷道揭露地質狀況獲取。DF41和DF102斷層在進風巷97217 巷掘進期間揭露，據后期物探和鉆探成果可知，DF41斷層(H=0.5～1.0m，257°，∠58°)在回采至351.3m時揭露，DF102斷層(H=1.2～2.5 m，223°，∠49°)在回采至629.8m時揭露；DF32斷層在輔助進風及運輸巷道97219巷進期間揭露，據后期物探和鉆探成果可知，DF32斷層(H=1.0～2.1m，213°，∠30°)在采面回采至260m 時會揭露；主回風巷97220巷掘進期間沒有斷層揭露。綜采工作面過斷層時極易發生圍巖破碎冒落及煤壁片幫事故。

2 注漿加固方案

2.1 注漿加固材料

為了減少注漿加固成本，本文采用新型的無機加固材料即凱密安材料，以加強斷層周圍破碎煤巖體強度。該材料對破碎煤巖體的膠結效果良好，且膠結期間產熱較少。凱密安材料由A 和B 兩種漿液組成，漿液混合3～10min 后即會膠結，漿液凝結強度在其按水灰比0.8∶1混合1h后高達8MPa以上，足以滿足井下破碎煤巖體加固需求。如表2所示為注漿材料性能參數。

表2 注漿材料性能情況表

2.2 注漿加固鉆孔布置

通常注漿鉆孔布置方式有兩種：①回采巷道內超前注漿。該注漿鉆孔布置方式需對斷層賦存參數及延展狀況進行準確把控，但可減弱注漿對采面回采的影響。②一種是采面內注漿。該方式的優點在于可使注漿精準性提升，漿液消耗量下降，但通常注漿會對采面推進有部分影響。

晉能控股煤業集團該礦生產任務艱巨，為了不影響礦井生產進程，其注漿加固后不能影響采面快速推進。因此，對斷層影響帶內破碎煤巖體進行加固的方式采用在回采巷道內超前注漿方式。

2.2.1 鉆孔布置及封孔

DF41、DF102斷層在97217巷(進風巷)掘進期間揭露，DF32斷層在97219巷（輔助進風及運輸巷道）掘進期間揭露，因此，分別在97217巷和97219巷布置注漿孔對揭露的這3 條斷層進行10m 范圍內的加固。本文以加固DF41斷層破碎帶為例，設計注漿加固鉆孔布置參數。

在97217 巷內，分兩排布置注漿加固鉆孔，第一排鉆孔的作用主要為加固斷層影響帶內破碎煤體，設置在距離巷道底板1.0m處；第二排鉆孔的作用主要為加固破碎帶內巖層，設置在距離巷道底板2.5m。第一排鉆孔仰角為1°～2°，鉆孔孔深為65m；第二排鉆孔仰角為3°～4°，鉆孔孔深65m；實現對斷層在采面發育區域的全覆蓋注漿。如圖1所示，為注漿鉆孔布置。

圖1 注漿孔布置示意圖

如圖2所示，本文注漿鉆孔封孔采用“兩堵一注”結構，采用雙液速凝材料作為封孔材料，其封孔長度為6m，以直徑20m的無縫鋼管作為封孔管。

圖2 “兩堵一注”封孔結構

2.2.2 注漿參數

（1）注漿壓力。注漿壓力與注漿效果息息相關，壓力過小則注漿效果較差，壓力過大則會造成煤巖體產生裂隙以及鉆孔漏漿嚴重現象。綜合礦井之前的注漿情況及現場試注狀況，注漿選取高壓注漿方式，8～10MPa注漿壓力，若鉆孔漏漿嚴重則調至6MPa注漿壓力。

（2）注漿量。注漿壓力、注漿長度以及煤巖體裂隙擴展狀況等都對注漿量有影響，單個注漿孔注漿量大概控制在450kg左右。

3 注漿效果

如圖3所示，通過凱密安注漿加固DF41斷層破碎帶后，注漿漿液填滿了巖層裂隙，有效提升了破碎煤巖體強度及穩定性。完成97217巷注漿后，安裝窺視鉆孔對注漿加固效果進行觀察分析。

圖3 鉆孔窺視圖

當采面回采過DF41斷層破碎帶時，記錄其對頂板及煤壁的穩定性，盡管該過程處于仰斜開采，但煤壁片幫、頂板冒落現象均未發生。結果證明，97217 巷進行超前注漿后，其斷層破碎帶煤巖體穩定性顯著提高，有利于采面更安全快速地過斷層。

4 結論

（1）97309 綜采工作面過斷層時需選用仰采方式，造成斷層破碎帶內煤巖體破碎，煤壁大區域片幫、頂板冒落及架間漏頂現象極易發生，因此，要采取合適的加固措施，即在回采巷道內布置鉆孔的措施加固斷層破碎帶煤巖體。

（2）以采面過DF41斷層為具體實例，研究分析其鉆孔布置方案、注漿參數及注漿效果等。實際應用后，采面過斷層時未發生煤壁片幫、頂板冒落等問題，證明超前注漿技術方案應用成果良好。

（3）在采面后期過斷層期間，可分別在以下位置布置注漿鉆孔（即97217 巷揭露DF102斷層處、97219 巷揭露DF32斷層處），通過加固斷層破碎帶保障綜采工作面安全通過。