大采深綜采工作面過(guò)斷層超前預(yù)注漿技術(shù)應(yīng)用

＊郭穎斌

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 032300）

礦井在提前剎車(chē)、斷層揭露位置支護(hù)頂板條件下，容易引發(fā)煤壁片幫、頂板冒落問(wèn)題，此時(shí)必然會(huì)加大回采作業(yè)的難度。故而，需要科學(xué)應(yīng)用大采深綜采工作面過(guò)斷層超前預(yù)注漿技術(shù)，明確該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，以便有效防范散體冒落、塊體滑落的情況發(fā)生，提高頂板注漿加固的整體質(zhì)量。

1.大采深綜采工作面情況分析

以某礦1413（3）工作面為例分析，該工作面東鄰近西二13-1采區(qū)巷道、南部為未采區(qū)、西部以斷層F209為界、北部鄰近1412（3）工作面采空區(qū)，煤層的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，煤層厚度、傾角、工作面傾斜長(zhǎng)度、工作面長(zhǎng)度分別為：3.5m、10°、1900.2m、195.5m。經(jīng)對(duì)1#異常區(qū)斷層面四周工作面分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生數(shù)次片幫吊頂現(xiàn)象，而這也是引發(fā)壓車(chē)、致使工作面不能順利推進(jìn)的基本原因，使得礦井產(chǎn)量受到直接影響[1]。針對(duì)于此，需及時(shí)通過(guò)超前加固對(duì)策處理，確保工作面推進(jìn)情況，4#異常區(qū)、1#異常區(qū)比較類(lèi)似，均為Fw斷層受到影響，斷層走向影響的范圍在78m左右，涉及整個(gè)大采深綜采工作面。畢竟在煤礦開(kāi)采工作的過(guò)程當(dāng)中，無(wú)論工作效率如何，最重要的一點(diǎn)就是要確定工作人員的安全性，利用深孔爆破技術(shù)，就可以在很大程度上減少工作人員面臨的安全隱患，這也為后續(xù)的發(fā)展提供很大的保障。

2.超前深孔注漿技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)研究

(1)工作面頂板冒頂?shù)闹饕?lèi)型

斷層地質(zhì)構(gòu)造帶和褶曲地質(zhì)構(gòu)造帶的工作面頂板均容易發(fā)生破碎現(xiàn)象，控頂?shù)倪^(guò)程引發(fā)漏冒概率較高，支護(hù)護(hù)頂不嚴(yán)同樣會(huì)造成漏冒情況的發(fā)生。需要注意的是，工作面頂板主要包括塊裂結(jié)構(gòu)、破碎結(jié)構(gòu)，相應(yīng)工作面頂板冒頂又通過(guò)塊體滑落破壞、散體漏冒破壞2個(gè)類(lèi)型構(gòu)成，各類(lèi)型冒頂注漿加固的機(jī)理比較存在較大區(qū)別。在開(kāi)采的過(guò)程當(dāng)中，也要注意這幾個(gè)類(lèi)型之間的區(qū)別，針對(duì)不同的問(wèn)題，類(lèi)型要采用不同的方法，不能對(duì)這些類(lèi)型一概而論，就像是針對(duì)塊體滑落問(wèn)題就要及時(shí)采取手段治理，是具體的治理方案和散體漏冒的方案又不能夠相同，這兩種問(wèn)題屬于不同的類(lèi)型，如果采用同樣的手段治理就有可能會(huì)引起更大的麻煩。

(2)散體冒落與頂板注漿要點(diǎn)

斷層帶內(nèi)頂板發(fā)生破碎及裂隙，是造成架前掉碴抽空的主要原因，因支架的受力比較小無(wú)法確保支架保持穩(wěn)定，在放炮、放頂條件下發(fā)生支架失穩(wěn)的可能性加大，故而引發(fā)冒頂安全事故[2]。若是頂板暴露可借助泵的壓力作用配置存在充塞膠凝性質(zhì)水泥漿液，在注漿孔在注入斷層裂隙使空氣及水分充分排出，逐漸構(gòu)成具備強(qiáng)度、抗?jié)B阻水性能固結(jié)體，能滿(mǎn)足圍巖抗?jié)B性、穩(wěn)定性的需要，并達(dá)到封堵裂隙、防范煤壁片幫和頂板樓頂?shù)哪康?。如果在注漿的過(guò)程當(dāng)中真的出現(xiàn)了問(wèn)題，鍛煉層當(dāng)中的空氣和水分沒(méi)有及時(shí)排出，都是在注漿的過(guò)程當(dāng)中摻入空氣，那就很有可能會(huì)影響工程的質(zhì)量，而且在后續(xù)的工作當(dāng)中，還有可能會(huì)出現(xiàn)柱體的問(wèn)題，所以說(shuō)要確保鍛煉松氣囊中的空氣和水分都被排除，然后才能真正的構(gòu)建其高強(qiáng)度抗?jié)B水的固結(jié)體，而且在開(kāi)采的過(guò)程當(dāng)中周?chē)鄶?shù)都是巖石，也只有這樣才能夠滿(mǎn)足我們的要求。

(3)塊體滑落破壞和頂板注漿要點(diǎn)

斷層四周巖體破碎的幾率較大，自然條件下塊體保持靜力平衡，采煤工作面不斷推進(jìn)斷面沒(méi)有支護(hù)的空間，處于這一空間塊體無(wú)法處于靜力平衡的狀態(tài)，會(huì)順著結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切滑移的現(xiàn)象。塊體承受垂直荷載以“Q”的形式體現(xiàn)，會(huì)順著結(jié)構(gòu)面的方向分解獲得下滑力Qw為Qsinθ、正壓力Qn為Qcosθ，θ表示結(jié)構(gòu)面傾角，這個(gè)過(guò)程需考慮的是直接頂塊裂結(jié)構(gòu)塊體滑落受到破壞，塊體側(cè)會(huì)朝著上標(biāo)明、圍巖發(fā)生脫落的現(xiàn)象，這時(shí)可采用C、S、f分別表示裂隙面上粘結(jié)力、塊體裂隙面上表面積，以及裂隙面摩擦系數(shù)，結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角通過(guò)φ代表。完成注漿加固作業(yè)后鄰近巖塊接觸面積S加大，漿液粘結(jié)性能致使注漿后裂隙面粘結(jié)力C升高，注漿后巖塊穩(wěn)定性m升高，這時(shí)工作面頂板可以保持穩(wěn)定的狀態(tài)。塊體頂板橫向擠壓、支護(hù)阻力條件下，在跨度內(nèi)成拱為平衡的狀態(tài)，利于反映出拱的高度、推力線(xiàn)長(zhǎng)短等相關(guān)情況[3]。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)完成注漿工作面頂板拱推力線(xiàn)壓縮變形量降低、拱高度降低，工作面頂板——采購(gòu)空區(qū)水平移動(dòng)減小，有助于更好的進(jìn)行工作面頂板維護(hù)工作。另外，注漿加固處理后可以確保巖層層面結(jié)合力，逐漸形成組合梁結(jié)構(gòu)承受載荷。掌握了這一系列的要點(diǎn)以后，在針對(duì)塊體滑落破壞問(wèn)題和頂板注漿問(wèn)題就可以及時(shí)的提出解決對(duì)策，而且做好準(zhǔn)備工作也可以在很大程度上提高煤礦開(kāi)采效率，如果在開(kāi)始開(kāi)采以后才注意到這些問(wèn)題，如果不出現(xiàn)意外情況那么自然是好的，但是一旦出現(xiàn)意外就得不償失了。

3.超前深孔注漿的材料性能、加固工藝相關(guān)參數(shù)

(1)超前深孔注漿材料性能

需要注意的是，注漿材料強(qiáng)度會(huì)受到多種因素所影響，因而在注漿材料類(lèi)型、施工工藝下，應(yīng)充分考慮到控制水泥使用量、水灰比對(duì)混合材料流動(dòng)、析水性及抗壓強(qiáng)度等構(gòu)成的影響。注漿材料流動(dòng)性關(guān)系注漿工藝，注漿材料流動(dòng)性較佳、管道輸送便捷、注漿擴(kuò)散半徑非常大，如果水灰比經(jīng)0.62-0.7變化此時(shí)漿液擴(kuò)散半徑增加25%左右，然后漿液擴(kuò)散半徑會(huì)受到水灰比增加因素所影響。漿液析水性為受到水泥漿液顆粒沉降、體積收縮因素影響造成，其中析水性小的漿液性能變化不會(huì)很大，注漿的過(guò)程控制簡(jiǎn)單、不會(huì)直接影響到整體注漿效果；相反情況析水性較大漿液注漿、注漿效果過(guò)程的影響非常大。析水性過(guò)大漿液裂隙流動(dòng)會(huì)受到水泥顆粒沉降影響，這時(shí)漿液流動(dòng)斷面縮小、堵塞裂隙概率增加，而且會(huì)對(duì)漿液流動(dòng)及擴(kuò)散構(gòu)成阻滯。除此之外，析水性過(guò)大漿液完成注漿裂隙漿液受到沉降、體積收縮因素影響，這時(shí)固體裂隙出現(xiàn)且無(wú)法提高漿液凝結(jié)性能、充填質(zhì)量。若是水灰比處于0.75左右，析水率變化是非常大的，析水率變化速度減緩。為確保注漿購(gòu)材料配比參數(shù)合理，要求實(shí)驗(yàn)室施行1個(gè)月不同配比注漿材料強(qiáng)度試驗(yàn)，以此獲得相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，水灰比≤0.75，1個(gè)月齡期漿液材料抗壓強(qiáng)度，受到水灰比影響比較小，能夠保證漿液材料抗壓的強(qiáng)度。這個(gè)過(guò)程應(yīng)考慮到漿液流動(dòng)性、析水性，以及抗壓強(qiáng)度，明確最終的水灰比為0.75:1。這些數(shù)據(jù)都是在進(jìn)行灌注之前都要確定好的，所以說(shuō)監(jiān)管工作人員在監(jiān)管的過(guò)程當(dāng)中，一定要充分了解好材料的性能，畢竟注漿材料的強(qiáng)度可能會(huì)被很多其他因素影響，尤其是在注漿的過(guò)程當(dāng)中，受到水泥顆粒的影響比較大，所以說(shuō)就要格外控制好水泥的用量，在其他材料配比方面也要事先做好準(zhǔn)備，通過(guò)一系列的預(yù)實(shí)驗(yàn)確保最合適的水灰配比，這也是需要了解的性能當(dāng)中的一部分。

(2)超前深孔注漿加固工藝相關(guān)參數(shù)

①超前深孔注漿加固參數(shù)

在8#鉆場(chǎng)內(nèi)施工數(shù)個(gè)長(zhǎng)鉆孔，鉆孔順著工作面傾斜方向，以扇形進(jìn)行布設(shè)即可，鉆孔全孔下注漿管、迎頭為花管，其中花管、實(shí)管均通過(guò)專(zhuān)業(yè)封口器進(jìn)行連接，鉆孔孔壁、管壁將使用的為袋裝聚氨酯+水泥漿封孔，封孔的長(zhǎng)度在5m左右，以注漿管——斷層面注入水泥漿。聯(lián)系斷層帶煤巖體承受力、最小抗面、工作面圍巖等情況，將供風(fēng)量、供風(fēng)壓力及注漿終壓分別設(shè)置為：每分鐘2.5m3、0.5MPa、12MPa。按照漿液擴(kuò)散半徑確定注漿孔距為4.5m，現(xiàn)場(chǎng)使用的為袋裝聚氨酯封孔，中部通過(guò)注漿短管注水泥漿即可，將長(zhǎng)度設(shè)定在2.2m。這些加固參數(shù)的主要作用，就是為了確保在灌注的過(guò)程當(dāng)中不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)闊o(wú)論是注漿管還是其他的管道，都會(huì)有一定的承受能力，不過(guò)超出了他的承受能力，就很有可能會(huì)導(dǎo)致管體破裂，這樣一來(lái)不僅會(huì)拖慢施工進(jìn)程，而且還會(huì)在一定程度上降低施工效率，所以說(shuō)，確保加固參數(shù)是一項(xiàng)非常重要的工作，無(wú)論是施工人員，還是管理部門(mén)對(duì)于這些數(shù)據(jù)都要重視起來(lái)。

②超前深孔注漿加固工藝

第一，按照設(shè)計(jì)鉆孔位置、參數(shù)，以及施工流程通過(guò)ZDY-372鉆機(jī)、φ72mm螺旋鉆桿作業(yè)，將鉆頭直徑φ90mm打注漿孔。第二，下注漿管、封孔器，鉆孔全孔下注漿管、花管，花管、實(shí)管均使用專(zhuān)業(yè)封口器進(jìn)行連接。第三，為避免注漿的過(guò)程漿液受到注漿壓力影響經(jīng)鉆孔口流出，建議使用聚氨酯藥包+水泥漿封孔處理，封孔的范圍為5m左右。第四，注漿使用電動(dòng)注漿泵，并且需認(rèn)真做好注漿管路、孔口管連接工作，開(kāi)泵后注漿。第五，注漿壓力提升后及時(shí)關(guān)閉壓風(fēng)停泵，完成單孔注漿作業(yè)，注漿以打5個(gè)孔、注漿的方式循環(huán)，直到所有區(qū)域注漿施工作業(yè)完成。相關(guān)需要注意的事項(xiàng)：A.明確噴漿的范圍，鉆機(jī)窩內(nèi)部、鉆機(jī)窩前、后煤壁側(cè)12m、厚度約為90mm，在確保頂板完整的條件下噴漿——頂板時(shí)順著沿空測(cè)首排錨索，頂板發(fā)生破碎噴漿到頂板巷道中心線(xiàn)，這時(shí)噴射砼的強(qiáng)度為C20。B.注漿管封孔使用的為水泥、樹(shù)脂錨固劑。這兩樣材料的封閉性都比較好，你用這兩樣材料來(lái)為注漿管封孔不僅可以保證密封性，而且也可以確保封層的持久性，因?yàn)檫@兩樣材料在干燥以后都是比較堅(jiān)硬的材料，就算是在日后風(fēng)吹雨淋的條件下也可以保證封口的堅(jiān)固，而且這兩樣材料還有性?xún)r(jià)比高的特性，這就可以在很大程度上節(jié)省開(kāi)采成本，利用水泥和樹(shù)脂錨固劑來(lái)封口操作起來(lái)也比較簡(jiǎn)單。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)大采深綜采工作面過(guò)斷層超前預(yù)注漿技術(shù)的應(yīng)用，需明確大采深綜采工作面過(guò)斷層注漿的相關(guān)工藝及參數(shù)，以便為注漿加固奠定良好基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)某礦工作面實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，采取上述技術(shù)處理，可很好的處理斷層破碎帶頂板垮落問(wèn)題，同時(shí)維護(hù)煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，利于促進(jìn)煤礦企業(yè)的整體發(fā)展。