注漿加固技術在綜采面過斷層的應用

張鵬飛

（山西焦煤山煤國際長春興煤業有限公司，山西 大同 037101）

斷層侵入回采工作面煤體后，造成斷層兩盤煤體在空間位置上發生變化，斷層兩側煤巖體在構造應力作用下出現裂隙，當工作面回采至斷層區時，在回采應力作用下，斷層區煤巖體出現破碎、冒漏以及片幫現象，嚴重制約著工作面安全高效回采。本文以長春興煤礦103 工作面為例，提前對工作面貫穿斷層進行深孔注漿加固[1-6]，使注漿液完全滲透至斷層區煤體裂隙內，對裂隙煤體進行重組加固，提高煤體承載強度，防止工作面過斷層時出現片幫、冒漏事故。

1 概況

山西焦煤山煤國際長春興煤業有限公司103 工作面位于井田北盤區東翼，北部為105 工作面，南部為101 工作面采空區，東部為回采區域，西部為盤區大巷。103 工作面設計走向長度為1400 m，傾向長度為210 m，工作面回采煤層為22#層，煤層平均厚度為12.5 m，平均傾角為2°。煤層頂底板巖性見表1。

103 工作面采用綜合機械化回采工藝，根據103 運輸、回風順槽掘進發現， 450 m 處回風順槽側揭露了F11 正斷層，斷層落差為2.4 m，傾角為57°，斷層貫穿整個工作面并于運輸順槽487 m 處揭露，斷層與工作面走向夾角64°，如圖1。由于F11 斷層侵入煤層后導致煤層穩定性降低，工作面過斷層期間很容易出現煤壁片幫、頂板垮落現象，為了保證工作面安全回采，決定在運輸、回風順槽兩側布置注漿站，對斷層區圍巖進行深孔注漿加固。

2 深孔注漿加固技術應用

2.1 注漿加固技術原理

注漿加固技術指通過對定向注漿鉆孔向裂隙區圍巖高壓注入具有粘接作用的化學材料，注漿液在高壓作用下完全滲透至圍巖裂隙內，經催化劑作用下注漿液在巖體裂隙內形成膠狀產物，對圍巖裂隙進行填充、粘接，使裂隙圍巖間重組形成具有一定強度的支撐體，從而提高了破碎圍巖整體穩定性，避免了工作面在推進過程中受應力作用破碎巖體出現垮落、冒漏現象。

2.2 注漿作用

（1）滲透粘接作用。高壓注漿時對地質構造附近巖體不會產生嚴重破壞作用，但是漿液可以完全滲透至巖體裂隙內，并在裂隙內進行凝固粘接，大大提高了巖體膠結強度及抗壓能力。

（2）排氣致密作用。構造區巖體出現裂隙后，裂隙帶內充填氣體，通過注漿后漿液置換了裂隙內氣體，并對裂隙巖體進行擠壓，增加裂隙巖體致密性。

（3）劈裂卸壓作用。當注漿壓力超過原巖應力時，漿液對構造區圍巖產生更大范圍的劈裂，巖體內應力卸壓范圍擴大，有效改善圍巖應力狀態。

2.3 注漿材料及設備

（1）采用型號為ZBQS-10/10 多功能氣動注漿泵配合混合槍進行注漿施工，配套設備有注漿軟管、閥門、壓力表、流量計以及封孔器。具體見表2。

表2 ZBQS-10/10 多功能氣動注漿泵技術參數

（2）由于煤礦注漿時最常見的注漿材料為無機注漿材料，如水玻璃、水泥灰等，該類注漿材料成本費用低、取材方便，但是需長期高壓注漿，漿液滲透能力差，且凝固時間長。103 工作面斷層注漿液采用固邦特有機化學材料，由A、B 兩種組分組成，A 組分為多異氰酸酯化合物，B 組分為多羥基化合物。固邦特注漿液具有反應速度快、膨脹率高、凝固時間短等優點。

2.4 鉆孔布置參數

（1）由于F11 斷層與工作面夾角為64°且貫穿整個工作面，斷層對工作面影響范圍大，所以決定在103 工作面運輸、回風順槽分別設置一個注漿站（1#、2#）。1#注漿站設置在回風順槽內，布置在斷層下側距斷層20 m 處；2#注漿站設置在運輸順槽內，布置在斷層上側距斷層20 m 處，如圖1。

圖1 103 工作面斷層區超前注漿鉆孔布置示意圖（mm）

（2）在1#、2#注漿站分別布置兩排注漿鉆孔，鉆孔布置間距為3.0 m，鉆孔布置排距為1.5 m。第一排鉆孔距頂板間距為1.0 m，鉆孔垂直煤體布置。鉆孔直徑為45 mm，鉆孔深度為40～80 m。鉆孔施工完后保證鉆孔終孔位置位于斷層處巖體內。

2.5 注漿工藝

注漿鉆孔施工完后進行注漿工序：安裝注漿軟管→封孔→連接注漿泵→開泵注漿；當鉆孔內注漿液填充完成后，繼續注漿，在壓力作用下漿液滲透至圍巖裂隙內，對裂隙進行填充；此時繼續保持一定壓力，使漿液完全滲透至毛細裂隙內，一段時間后漿液在裂隙內固化，將斷層帶處破碎煤巖體膠結成整體，從而增加破碎巖體承載強度。

3 實際應用效果分析

至2021 年3 月17 日103 工作面已回采至550 m，工作面已完全過F11 斷層區，過斷層前后工作面煤壁、頂板片幫、破碎、垮落現象，監測結果見表3。

表3 工作面斷層區注漿前后圍巖冒漏、片幫對比分析表

103 工作面斷層區采取注漿加固后頂板冒漏及煤壁片幫情況得到有效改善，通過表1 分析可知，注漿后工作面頂板最大冒漏深度減少了68.45%，冒漏次數減少了65%，夾矸率減少59.4%。煤壁最大片幫深度減少了53.6%，片幫次數減少了70%，注漿后巖體抗壓強度提高了2 倍。可見對斷層區采取超前注漿后，有效提高了圍巖穩定性，對防止圍巖破碎、冒漏起到有效控制作用。

4 結語

對103 工作面貫穿斷層提前進行注漿加固，通過實際應用效果來看，有效解決了工作面過斷層期間頂板破碎、冒漏，煤壁片幫現象，保證了工作面安全快速過斷層區，取得了顯著應用成效。