厚煤層綜放工作面注漿加固治理技術應用與分析

冀海鴻

（山西華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000）

目前山西華陽新材料科技集團有限公司（以下簡稱華陽）一礦回采工作面回風巷多相鄰采空側，機尾三角煤受回采采動應力及采空區(qū)二次動壓影響，易出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)葐栴}，存在一定安全隱患，影響了工作面高效生產(chǎn)。為解決上述問題，通過使用KMA—1型超強礦用無機加固材料注漿加固三角煤，保持圍巖的完整性，有效地提高圍巖的整體強度、改善支護體的支護特性，降低巷道變形量，使圍巖承載能力得到顯著提高，有效管控三角煤區(qū)段的頂板和煤壁。

1 工作面概況

8304工作面位于華陽一礦15號煤南條帶三采區(qū)中西部，東部為本采區(qū)大巷，南部為8305（西）回采工作面（正掘進），西部為南北翼瓦斯聯(lián)絡巷，北部為8303（西）工作面（已采）。工作面傾斜長度199.2 m，可采走向長度859.5 m，地質儲量189.6萬t，可采儲量165萬t。煤層總厚度6.25～6.76 m，平均厚度6.58 m。煤層傾角1°-13°。工作面總體為一單斜構造，局部發(fā)育有次一級的向、背斜構造。工作面坑透預測的撓曲2條，斷裂構造2條。工作面共布置五條巷道：進風巷、回風巷、低位抽采巷、走向高抽巷和切巷。其中進風巷和切巷沿15號煤頂板布置，回風巷480 m以里沿15號煤底板布置，480 m往外沿15號煤頂板布置。

8304工作面緊鄰8303工作面（已采），受采空區(qū)動壓影響,在回采過程中回風巷圍巖應力增加，巷道頂板出現(xiàn)不同程度的破碎，有明顯的兩幫移近、底板鼓起等變形情況，加大了回風巷的維護難度，從而影響了工作面的回采推進度。

2 無機加固材料介紹

KMA—1型超強礦用無機加固材料是一種滲透性好、強度高的注漿加固材料，主要成分為：粉狀水硬性無機膠凝材料（硅酸鹽特種水泥）。

2.1 材料特點

1）通過壓注的方法加固礦山煤、巖石，阻止、抑制煤巖體開裂、變形，也可用于不流動的砂石和其他無承載力的地面等。

2）水灰質量比為0.28∶1.00，保證注到裂隙中的是漿液，不會出現(xiàn)頂板注漿下雨狀況。

3）抗折性和剪切力高，在受到應力或者采動影響的情況下，保證巷道穩(wěn)固。

4）跟化學漿比較。超強礦用無機材料是無機反應不產(chǎn)生熱量，保證井下的安全。

5）無收縮，微膨脹，高流動性，不含氯化物。

2.2 技術參數(shù)

1d抗壓強度：≥20 MPa；3d抗壓強度：≥40 MPa；7d抗壓強度：≥70 MPa；粒徑：0.0～0.1 mm；施工溫度：5～35℃；水灰質量比：0.28∶1.00；初始流動度：20℃時10～17 s，最高反應溫度為25℃（由煤炭工業(yè)北京錨桿產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心出具檢驗報告）。

2.3 配套設備

注漿設備2ZBQ-50/19氣動注漿泵額定流量50 L/min，最大流量70 L/min；額定壓力19 MPa，最大壓力24 MPa；耗氣量2 m3/min；泵質量110 kg；外形尺寸：1.3 m×0.7 m×0.7 m；供氣壓力：0.4～0.8 MPa。

3 注漿方案設計

注漿采用單排孔設計，由回風順槽內向工作面?zhèn)让簬痛蚩鬃{，垂直巷幫施工注漿孔，選用Φ32 mm鉆頭施工，相鄰注漿孔間距4000 mm，距巷道底板高度1750 mm，孔深8000 mm，封孔深度4000 mm，采用專用封孔器封孔（見圖1）。

施工流程：采用幫錨索鉆機施工注漿鉆孔→安設注漿套管及封孔器→注漿泵與注漿套管連接→注漿。

施工期間，由于煤體裂隙發(fā)育，漏漿較為嚴重，不能有效保障注漿效果，通過采取以下技術措施確保施工正常進行。

1）調整鉆孔深度：由6 m鉆孔改為8 m。

2）調整施工角度：將水平施工注漿孔改為向上8°～10°施工注漿孔。

3）調整鉆孔直徑：將Φ32 mm鉆頭改為Φ42 mm鉆頭進行施工。

4）調整封孔器：將Φ28 mm改為Φ38 mm封孔器封孔，將1個封孔器增加為2個。

5）補漿：因裂隙發(fā)育，導致漏漿的注漿孔，在隨后進行補漿作業(yè)。

4 注漿施工情況

此次注漿試驗從4月27日開始施工，6月9日施工完畢，施工范圍650～800 m，正常施工27 d，其他各類因素影響17 d。共計施工注水泥漿孔50個，注漿量55 t，平均每孔注漿量44袋，約1.1 t。

5 注漿效果分析

5.1 測點內推進度及產(chǎn)量情況

1）5月10日—6月15日（550～650 m）。工作面試驗水泥漿加固前，三角煤區(qū)破碎明顯，回風巷變形量大，工作面于5月10日推進至1號測點，到6月16日過完，期間工作面推進度為3.03 m/d，產(chǎn)量7088 t/d。

2）6月16日-7月13日（650～750 m）。工作面于6月16日推進至注漿段，到7月13日推進至8號測點處，期間工作面日推進度為3.57 m/d，產(chǎn)量7711 t/d。

通過對比，推進度提高0.54 m/d，提高推進度百分比約17.8%；產(chǎn)量提高623 t/d，提高產(chǎn)量百分比約8.7%。

5.2 煤壁控制效果

通過觀測，工作面三角煤區(qū)域6～8 m范圍內煤壁平直，無片幫、冒頂現(xiàn)象。特別是推進至注漿孔附近與未注水泥漿區(qū)域對比，片幫明顯減少，煤體致密性增強。

5.3 回風巷變形量

為有效觀測注水泥漿段巷道圍巖變形量，注漿段650 m、670 m、700 m、750 m處布置了礦壓測站。采用十字布點法安設表面位移監(jiān)測斷面，分析對比對圍巖控制的效果。

由圖2數(shù)據(jù)及變化曲線分析：

圖2 巷道位移變化曲線

該測站共計觀測記錄16次，推進位置距測站距離144 m時，初次觀測記錄，高度為2660 mm，寬度為3800 mm，推進位置距測站距離8 m時，最后一次觀測記錄，高度為2220 mm，寬度為3350 mm。高度總變化值為440 mm，寬度總變化值為450 mm。

工作面推進位置距測站距離115 m、105 m處時，高度最小變化值為2 mm，推進位置距測站距離8 m處時，最大變化值85 mm。推進位置距測站距離94 m、90 m處時，寬度最小變化值為0，推進位置距測站距離13 m處時，最大變化值120 mm。平均變化值高度為29.3 mm，寬度為30 mm。從以上礦壓觀測站數(shù)據(jù)變化可以看出，頂板及兩幫壓力增大，但變化量較小，巷道支護對圍巖有很好的控制作用。

通過對比原巷道與注漿段回風巷道圍巖變形量情況，高度平均變形量減少300 mm，寬度變形量減少137 mm。注漿段內測點最低高度為2370 mm，最低寬度為3260 mm，滿足通風、行人斷面的安全生產(chǎn)要求。

5.4 成本投入及消耗情況

8304工作面自開始初采，截至4月下旬，回風巷在50～650 m區(qū)段內共注高分子材料195 t，平均注膠量約為0.325 t/m。按照高分子材料1.4萬元/t測算，維護費用為4550元/m。此次注漿試驗施工范圍650～800 m，共計施工注漿孔50個，注漿量55 t。平均每孔注漿量44袋，約1.1 t，共計，平均注漿量約0.367 t/m，維護費用為3303元/m。通過與注高分子材料費用對比，維護費用降低1247元/m。

6 結論

巷道隨工作面的推進，壓力逐漸增大，整體圍巖控制較好，雖然工作面周期來壓部分數(shù)據(jù)變化有忽高的現(xiàn)象，但一般都是隨著工作面的推進，巷道變化值整體呈上升趨勢，尤其工作面推進距測點5～30 m范圍內，巷道變形主要表現(xiàn)為兩幫移近，巷道底板鼓起等壓力顯現(xiàn)現(xiàn)象，但從礦壓觀測站變化數(shù)據(jù)及頂、幫煤體變形情況看，當前支護可以起到很好的控制作用，有效把變形控制在一定范圍之內。