李國剛

（大同煤礦集團朔州煤電有限公司，山西 懷仁 038300）

1 概況

大同煤礦集團朔州煤電有限公司小峪煤礦8102工作面位于井田一水平東翼，工作面東西走向，北部為8101采空區(qū)，東部為井田邊界，南部為實煤區(qū)，西部為盤區(qū)大巷。

8102工作面設(shè)計走向長度為1320m，傾向長度為170m，開采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組的4號煤層(山4#），煤層平均厚度為3.8m，煤層發(fā)育不穩(wěn)定，含多層夾矸。8102工作面無偽頂，直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為4.5m，巖體穩(wěn)定性差，受采動影響易破碎，巖石普氏系數(shù)f＜3.5；基本頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為11.7m。8102工作面采用綜合機械化回采工藝，全部垮落法處理采空區(qū)。

8102工作面水文地質(zhì)資料顯示，工作面在670～740m段共計揭露8條逆斷層，斷層平均落差為0.7m，平均傾角為40°。受斷層群影響，工作面頂板出現(xiàn)條帶式剪切破壞。工作面回采至660m處時頂板出現(xiàn)嚴重破碎、局部冒頂現(xiàn)象，煤壁剝離破壞嚴重，端面空頂距加大，工作面回采速度降低至3.5m/d，嚴重制約著工作面安全高效回采。

2 工作面破碎帶初步支護設(shè)計及問題分析

2.1 原支護設(shè)計

原支護設(shè)計中8102工作面斷層帶破碎頂板采用“JW”型鋼帶、錨索吊棚進行聯(lián)合支護。

（1）“JW”型鋼帶。工作面回采至670m處時采煤機割煤后，及時在工作面端面破碎頂板施工一排“JW”型鋼帶。鋼帶長度為4.2m，每根鋼帶配套5根長度為2.5m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為0.9m，鋼帶排距為1.0m。

（2）錨索吊棚。錨索吊棚長度為3.5m，主要由一根11#工字鋼梁、2根長度為5.0m預(yù)應(yīng)力錨索組成，錨索間距為1.75m。錨索吊棚施工在相鄰兩排鋼帶之間，錨索吊棚排距為3.0m。

2.2 問題分析

（1）支護強度大，成本費用高，回采效率低。由于8102工作面破碎帶長度達70m，工作面需施工70排鋼帶、35排錨索吊棚，支護成本費用達92萬元，而且支護勞動強度大，支護速度慢，嚴重影響工作面高效回采，平均回采速度為3.5m/d。

（2）支護鉆孔施工擾動破壞嚴重。由于8102工作面直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，巖體穩(wěn)定性差，裂隙發(fā)育，而采用鋼帶加強支護時鋼帶排距為1.0m，每根鋼帶配套5根錨桿，錨桿支護相對密集，在施工支護鉆孔時，會對頂板不穩(wěn)定巖體產(chǎn)生擾動破壞，從而加大了頂板破壞程度，降低了支護效果。

（3）鋼梁剪切破壞嚴重。由于11#工字鋼梁柔性低，剛度強，且支護斷面小，頂板在受壓情況下，錨索吊棚很容易對破碎頂板產(chǎn)生剪切破壞，從而進一步破壞了破碎頂板連續(xù)完整性，很容易造成頂板條帶式垮落。

3 注漿加固技術(shù)應(yīng)用

為了提高8102工作面破碎頂板承載能力，降低勞動強度及支護成本費用，決定采用水玻璃注漿加固技術(shù)進行破碎頂板維護。

3.1 水玻璃注漿加固技術(shù)原理

采用一定比例的水玻璃與泥漿進行混合攪拌，以液態(tài)形式通過高壓作用沿著破碎巖體裂隙滲透擴散。水玻璃混合液硬化后會析出高強度粘附力的硅酸凝膠，并與巖體產(chǎn)生高度粘合形成一體，從而充分堵塞巖體裂隙孔，并在表面形成連續(xù)封閉膜，提高了巖體膠結(jié)穩(wěn)定性，強化了圍巖松圈，使巖體整體穩(wěn)定性得到改善。

3.2 注漿設(shè)備及漿液配比

（1）注漿設(shè)備。采用型號為ZBQS-8.4/12.5氣動注漿泵進行注漿施工，注漿壓力在3.5～7.0MPa。

（2）漿液配比。注漿水灰質(zhì)量比為1:1.2，水玻璃與水泥漿體積比為1:2，注漿水玻璃濃度控制在20～25Be范圍內(nèi)。

3.3 注漿鉆孔技術(shù)參數(shù)

8102工作面從680m處對破碎頂板施工一排注漿鉆孔，鉆孔施工在距工作面頂板1.0m處煤壁上。鉆孔深度為8m，間距為4.0m，排距為3.0m，直徑為40mm，鉆孔以45°仰角布置。鉆孔施工完后，確保終孔位置位于基本頂內(nèi)，如圖1所示。

圖1 8102工作面頂板破碎帶注漿鉆孔平、剖面示意圖

3.4 注漿工序

（1）預(yù)埋注漿管。注漿管采用長度為2.0m、直徑為40mm鋼管，鉆孔內(nèi)共計埋設(shè)3節(jié)注漿管，管與管之間采用絲扣連接，最后一節(jié)鋼管外露鉆孔孔口0.5m，并在端頭安裝控制球閥。

（2）注漿工序。注漿鉆孔施工完后，將注漿管埋入鉆孔內(nèi)并進行封孔處理，注漿管端頭安裝流量控制球閥后與注漿軟管連接，并將軟管另一端與高壓注漿泵出漿口連接。將注漿泵吸漿籠頭分別插入水玻璃、水泥漿液桶內(nèi)，開啟注漿泵及流量球閥進行高壓注漿。

（3）注漿壓力調(diào)節(jié)。注漿壓力主要通過控制注漿泵供風(fēng)量實現(xiàn)泵量控制，從而得到注漿壓力控制的目的。在注漿前期注漿壓力升高相對較慢，可采用大泵量注入，注漿后期壓力升高相對較快時，可采用小泵量注入。當注漿壓力達到設(shè)計值時，維持小泵量注入5min后可停止注漿。

4 效果

大同煤礦集團朔州煤電有限公司通過技術(shù)研究，對小峪煤礦8102工作面過斷層群破碎帶區(qū)域原支護設(shè)計主要存在的技術(shù)難題進行合理分析，提出了水玻璃加固技術(shù)，通過實際應(yīng)用取得了顯著成效。

（1）降低了支護成本費用。8102工作面采用注漿加固技術(shù)共需注漿成本及勞動費用為31萬元，節(jié)約支護成本費用達60余萬元。

（2）降低了支護勞動強度。8102工作面注漿施工僅需3人即可完成，每排鉆孔注漿時間僅需5d，與傳統(tǒng)支護相比，縮短了支護時間，提高了工作面回采效率，在后期工作面平均回采量達8.7m/d。

（3）提高支護效果。8102工作面頂板破碎巖體采用注漿加固后，巖體單軸抗壓強度由原來的29MPa提高至74MPa，加強了支架支護效果。工作面在后期回采階段未發(fā)生頂板大面積破碎、冒頂以及煤壁片幫現(xiàn)象，保證了工作面安全高效回采。