岳俊光
(西山煤電股份有限公司馬蘭礦,山西 古交 030205)
西山煤電股份有限公司馬蘭礦12509工作面為南五采區(qū),工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1550 m,傾向長(zhǎng)度為220 m,回采煤層為2#煤層,平均厚度為3.0 m。2#煤層無(wú)偽頂,直接頂主要以泥巖為主,平均厚度為2.3 m,該巖石層呈深灰色,水平層理發(fā)育,巖石抗壓強(qiáng)度較低,在外力的作用下易破碎;基本頂主要以S5砂巖為主,平均厚度為5.67 m,巖石硬度大。截至目前12509工作面已回采490 m。
根據(jù)馬蘭礦地測(cè)科提供工作面水文地質(zhì)資料顯示,工作面在回采至235 m、520 m處分別揭露兩條正斷層F4、F5,其中F4斷層落差為1.2 m,傾角為50°,F(xiàn)5斷層落差為1.5 m,傾角為55°。12509工作面采用帶壓擦頂強(qiáng)行破巖的方法過(guò)F4斷層,受構(gòu)造應(yīng)力影響,工作面在過(guò)斷層期間頂板局部地段形成破碎區(qū)域,影響工作面回采長(zhǎng)度為22 m,在頂板破碎區(qū)域回采時(shí)出現(xiàn)移架困難、支架初撐力不足、工作面回采效率低等難題,甚至出現(xiàn)局部冒頂現(xiàn)象,威脅工作面安全回采。通過(guò)分析研究,預(yù)計(jì)工作面在過(guò)F5斷層時(shí)頂板更加破碎,影響工作面走向長(zhǎng)度達(dá)35 m。對(duì)此,為提高破碎頂板穩(wěn)定性,保證工作面安全快速過(guò)斷層,決定對(duì)F5斷層帶附近頂板破碎區(qū)域采用注漿加固技術(shù)進(jìn)行維護(hù)。
注漿加固技術(shù)主要利用馬麗散對(duì)破碎煤巖體進(jìn)行粘合,從而提高破碎煤巖體整體穩(wěn)定性。馬麗散是一種低粘度、粘合能力及柔韌性強(qiáng)的高分子一聚亞胺膠脂材料。在破碎煤巖體中它能充分、快速地滲入到巖體裂隙內(nèi),從而對(duì)破碎巖體進(jìn)行粘合,提高松散巖體的整體性和受力性能。
馬麗散凝固后具有良好的柔韌性,對(duì)外力具有一定的承受能力,同時(shí)破碎煤巖體被馬麗散粘合后,不僅增加了破碎巖體的機(jī)械性能,而且提高了破碎巖體機(jī)械阻力以及支撐力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,破碎巖體經(jīng)馬麗散加固后,巖體單向抗壓強(qiáng)度可提高至65~80 MPa,塑性變形載荷值在150 kN以上。
(1)注漿前應(yīng)將所有設(shè)備、材料運(yùn)輸至施工地點(diǎn),12509工作面注漿時(shí)采用的設(shè)備及材料主要有:ZBQ-8/3型氣動(dòng)注漿泵一臺(tái);直徑為40 mm、長(zhǎng)度為50 m風(fēng)管4根,風(fēng)管連接頭四個(gè);長(zhǎng)度為30m鋼編軟管5根;清洗劑2桶;封孔器若干個(gè)以及棉紗和木楔等。
(2)由于注漿泵采用風(fēng)力作為動(dòng)力源,所以必須保證礦用靜壓風(fēng)壓力符合設(shè)計(jì),一般在4~7MPa。
由于12509工作面直接頂主要以泥巖為主,平均厚度為2.3 m,在構(gòu)造應(yīng)力作用下該巖石層出現(xiàn)破碎現(xiàn)象,主要對(duì)該區(qū)域巖體進(jìn)行注漿加固。
(1)在工作面指定位置施工注漿鉆孔,12509工作面共施工一排注漿孔,注漿孔施工在距工作面頂板0.5 m位置,鉆孔深度為5.0 m,鉆孔孔徑為42 mm,鉆孔與工作面呈25°仰角布置,工作面每隔10 m施工一個(gè)鉆孔,如圖1所示。
(2)鉆孔施工完后,在鉆孔內(nèi)埋設(shè)注漿管,并安裝封孔器,然后將高壓膠管與注射槍及注漿泵進(jìn)行連接,同時(shí)將吸管插入裝有馬麗散樹(shù)脂與催化劑配比為1:1的混合液桶內(nèi)進(jìn)行注漿。
(3)在注漿時(shí),終孔注漿壓力必須符合設(shè)計(jì)要求,不得低于5 MPa。注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值且穩(wěn)定10 min以上或者煤壁出現(xiàn)注漿液滲出時(shí)立即停止注漿。
(4)工作面第一排注漿工序完成后繼續(xù)回采,在回采期間應(yīng)隨時(shí)觀察注漿后破碎頂板穩(wěn)定情況,當(dāng)工作面回采推進(jìn)4.0 m后施工第二排注漿鉆孔并進(jìn)行注漿,相鄰兩排注漿孔交錯(cuò)1.0 m布置,如圖1所示。
圖1 12509工作面破碎頂板注漿鉆孔布置示意圖(mm)
(1)施工工藝簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)工作面破碎頂板一般采用錨桿支護(hù)、吊棚支護(hù)等,施工工藝復(fù)雜、繁瑣,而且支護(hù)間距小(一般控制在1.0 m范圍內(nèi)),作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大,支護(hù)施工過(guò)程中對(duì)工作面正常回采影響大。而采用注漿加固技術(shù)施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,對(duì)工作面回采影響小。
(2)支護(hù)效果好。注漿支護(hù)可對(duì)大面積破碎巖體進(jìn)行粘合,形成一個(gè)完整的耦合體。通過(guò)對(duì)12509工作面頂板破碎巖體注漿前后進(jìn)行抗壓實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)注漿前巖體抗壓強(qiáng)度僅為9 MPa,而注漿后巖體的抗壓強(qiáng)度提高至74 MPa,有效提高了破碎巖體抗壓強(qiáng)度。12509工作面頂板破碎巖體注漿加固后,在后期回采期間頂板未出現(xiàn)破碎現(xiàn)象,工作面液壓支架初撐力得到提高(額定值80%以上),移架期間未出現(xiàn)倒架、陷底以及移架頂梁損壞等現(xiàn)象,加快了工作面回采速度,平均回采進(jìn)度5.5 m/d。
(3)節(jié)約了成本費(fèi)用。12509工作面破碎頂板若采用傳統(tǒng)施工錨索吊棚支護(hù),需成本及勞動(dòng)費(fèi)用共計(jì)52萬(wàn)元,而采用注漿支護(hù)時(shí)成本及勞動(dòng)費(fèi)用僅需9萬(wàn)元,大大降低了支護(hù)材料及勞動(dòng)成本費(fèi)用。
馬蘭礦綜采三隊(duì)在12509工作面斷層破碎帶頂板區(qū)域?qū)嶒?yàn)采用注漿加固技術(shù)進(jìn)行維護(hù),實(shí)踐證明破碎頂板采取維護(hù)措施后,提高了頂板破碎巖體單向抗壓強(qiáng)度,有效防止因頂板破碎而發(fā)生冒頂事故,保證了綜采工作面安全高效過(guò)斷層破碎帶,取得了顯著成效。