魏月霞 劉小明

摘 要：以8025回采工作面為工程背景，對(duì)采面頂板破碎原因進(jìn)行分析，并有針對(duì)性地提出注漿加固技術(shù)措施，確保采面頂板穩(wěn)定?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，注漿加固后頂板破碎巖層的承載能力、整體穩(wěn)定性顯著提升，有效緩解了回采巷道頂板冒落、圍巖變形量大、煤壁片幫、頂板管理困難等難題，為回采工作面的安全回采創(chuàng)造了良好條件。

關(guān)鍵詞：注漿技術(shù);回采工作面;破碎頂板;冒頂

中圖分類號(hào)：TD327.22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2019）16-0101-03

Abstract： Based on 8025 mining face， the causes of roof breakage were analyzed， and the grouting reinforcement measures were put forward to ensure the roof stability. The results of field application show that the bearing capacity and overall stability of broken roof strata are significantly improved after grouting reinforcement， which effectively alleviates the difficulties of roof caving， large deformation of surrounding rock， coal wall and roof management， and creates good conditions for safe mining of mining face.

Keywords： grouting technology;mining face;broken roof;roof falling

破碎頂板的支護(hù)管理一直是制約礦井生產(chǎn)安全的一個(gè)重要因素[1]。當(dāng)頂板較為破碎時(shí)，工作面圍巖的整體穩(wěn)定性較差，圍巖強(qiáng)度及承載能力不足，回采巷道在掘進(jìn)過程中，受采動(dòng)壓力的影響，容易出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫等問題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蓚鍪鹿剩绊懙V井的生產(chǎn)安全[2-4]。因此，強(qiáng)化對(duì)破碎頂板的支護(hù)管理，對(duì)促進(jìn)礦井生產(chǎn)安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 回采工作面概述

某礦8025回采工作面位于礦井東翼2采區(qū)，東部為已經(jīng)回采完畢的8023采面，西部為采區(qū)集中運(yùn)輸巷，北部為保護(hù)煤柱，南部為實(shí)體煤。工作面上部為已經(jīng)回采完畢的6022、6024采面采空區(qū)。8205采面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為650m，傾斜長(zhǎng)度為136m，開采8號(hào)煤層，煤層厚度在2.5～3.4m，平均厚度為2.9m，煤層傾角在5°～14°，平均傾角為10°，工作面埋深在650m左右。采面開采區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育多個(gè)小斷層，同時(shí)受上部6號(hào)煤層開采影響，采面頂板破碎。8號(hào)煤層、底板巖性如表1所示。

2 回采工作面頂板破碎原因

2.1 受上部6號(hào)煤層開采的影響

6號(hào)煤層與8號(hào)煤層間的間距為3～15m，平均距離為6.6m。由于6號(hào)煤層與8號(hào)煤層間距小，因此，上覆的6號(hào)煤層開采會(huì)給8號(hào)煤層帶來影響。通過有關(guān)研究可知，在開采6號(hào)煤層時(shí)，底板的破壞深度可以采用公式（1）進(jìn)行計(jì)算[5，6]：

（1）

式中，[h]表示底板的破壞深度（m）;L表示開采的6號(hào)煤層塑性區(qū)寬度（m）;[?]表示內(nèi)摩擦角（°）;[θ]表示第一主應(yīng)力與X軸之間的夾角（°）。

當(dāng)[?h?θ=0]時(shí)，6號(hào)煤層開采對(duì)底板的破碎深度最大，可以采用式（2）進(jìn)行計(jì)算：

（2）

煤層開采時(shí)的塑性區(qū)寬度可以采用式（3）計(jì)算得出：

（3）

式中，[M]表示開采的煤層高度（m）;[?]表示三軸應(yīng)力系數(shù);[K]表示煤層開采時(shí)的應(yīng)力集中系數(shù);[f]表示摩擦系數(shù);[γ]表示覆巖容重（kg/m3）;[C]粘聚力（kPa）;[Px]表示支架工作阻力（kN）;[H]表示開采深度（m）。

從公式（1）、（2）、（3）可以得出，6號(hào)煤層開采時(shí)對(duì)底板的破壞深度為：

（4）

根據(jù)6號(hào)煤層開采情況，帶入相關(guān)計(jì)算參數(shù)，可以得到6號(hào)煤層開采時(shí)的底板破壞深度為7.2m。當(dāng)6號(hào)煤層與8號(hào)煤層間的間距小于7.2m時(shí)，8號(hào)煤層頂板會(huì)因6號(hào)煤層開采而被破壞。在開采8號(hào)煤層時(shí)，頂板的支護(hù)以及管理難度增大，采用一般的支護(hù)方式很難有效對(duì)頂板進(jìn)行維護(hù)管理。

2.2 工程地質(zhì)條件

8025采面頂板、底板巖性較為軟弱，加之受采動(dòng)影響及上部采空區(qū)積水侵蝕，其強(qiáng)度變低，增加了煤壁片幫發(fā)生的可能性，頂板容易冒落。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

8025采面發(fā)育有多條斷層，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。受斷層影響，煤層的埋藏角度以及厚度都會(huì)發(fā)生變化，在斷層影響帶附近，礦山壓力顯現(xiàn)更為明顯，工作面頂、底板巖層在斷層影響下更為破碎，增加了支護(hù)難度。

3 注漿技術(shù)在采面破碎頂板中的應(yīng)用

對(duì)采面的破碎頂板進(jìn)行注漿，主要是通過劈裂、滲透等，將注漿漿液注入破碎煤炭?jī)?nèi)，充填煤巖體間隙，改善煤巖體力學(xué)性質(zhì)，增加粘聚力以及內(nèi)摩擦角，提高圍巖的自身承載能力以及強(qiáng)度。注漿加固配合錨桿支護(hù)，既可以通過錨桿來提高破碎圍巖的整體穩(wěn)定性，也可以提升錨桿的端部錨固性能，防止采面出現(xiàn)頂板冒落或者煤壁片幫情況。

在8025采面破碎頂板進(jìn)行注漿，具體的注漿工藝流程如下。

3.1 施工注漿鉆孔

為了確保采面注漿質(zhì)量，在采面注漿過程中，應(yīng)先對(duì)淺部注漿孔進(jìn)行施工，待淺部注漿完畢之后，再打深部注漿孔。在鉆孔過程中，應(yīng)避免出現(xiàn)塌陷。在鉆孔鉆進(jìn)時(shí)，先用75mm鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)位置時(shí)，退回鉆頭，并將60mm套管安設(shè)在鉆桿上，并將鉆頭更換成65mm，直至鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)的終孔位置。在鉆頭鉆進(jìn)過程中，若遇到鉆桿無法鉆進(jìn)或者塌孔無法繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，可以采用跟管鉆進(jìn)方法，將PVC管鋪設(shè)到設(shè)計(jì)的位置。注漿鉆孔間距布置為16m。

3.2 注漿泵測(cè)試

在鉆進(jìn)注漿鉆孔的同時(shí)，用清水清洗注漿泵，并測(cè)試，確保注漿泵性能可靠，提供的注漿壓力滿足注漿需要，且注漿管路不堵塞，各個(gè)連接接口、注漿管路各處可靠，確保注漿順利進(jìn)行。

3.3 注漿材料制備

8025采面采用凝結(jié)時(shí)間較好控制、速度較快、結(jié)矸率較高、具有較強(qiáng)可注行的水泥-水玻璃雙液漿液。根據(jù)其他礦井注漿效果以及以往的注漿經(jīng)驗(yàn)，將水泥及水玻璃的體積比確定為2∶1，雙液漿的水灰比確定為1∶1。注漿漿液的具體制備過程為：按照水-水泥-水玻璃等順序，按照比例進(jìn)行添加，并混合均勻。

3.4 注漿孔封閉

在注漿鉆孔的端頭位置安設(shè)止?jié){塞，應(yīng)確保止?jié){塞安裝牢靠。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)注漿鉆孔進(jìn)行封閉時(shí)，先用紗布蘸取制備好的水泥-水玻璃雙液漿，隨后放入注漿鉆孔內(nèi)，對(duì)鉆孔進(jìn)行密封。等到水泥-水玻璃雙液漿膠結(jié)后再進(jìn)行下一步的注漿工作。

3.5 注漿

對(duì)注漿鉆孔封閉30min后，開始進(jìn)行鉆孔注漿工作。當(dāng)注漿壓力為1～3MPa時(shí)，注漿鉆孔的注漿壓力值一般在控制在1～3MPa，當(dāng)注漿壓力超過3MPa時(shí)，注漿會(huì)造成煤巖體出現(xiàn)新的裂隙，不僅造成注漿材料浪費(fèi)，而且會(huì)造成已經(jīng)破碎的頂板破碎更為嚴(yán)重。因此，在8025采面注漿時(shí)，注漿壓力選擇為3MPa。等到注漿完成之后，應(yīng)及時(shí)采用清水對(duì)注漿管路進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間保持在5min之上。具體的采面注漿系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

4 效果檢驗(yàn)

在8205回采工作面采用注漿加固之后，破碎頂板的支護(hù)效果較為明顯，管理難度有所降低。圖2是采面注漿前后的頂板下沉量監(jiān)測(cè)結(jié)果。從圖2可以看出，對(duì)破碎頂板進(jìn)行注漿后，頂板的下沉量值較未注漿時(shí)下降明顯，注漿后頂板的最大下沉量較未注漿時(shí)減少約52%。

注漿前后采面的礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，對(duì)采面破碎頂板進(jìn)行注漿之后，采面前方的超前支承壓力要較未注漿前降低約20%。

對(duì)采面破碎頂板進(jìn)行注漿加固后，圍巖的承載能力有所提升，采面回采巷道圍巖變形量大、頂板控制困難等問題得到緩解，為采面的安全生產(chǎn)創(chuàng)造了良好條件。

5 結(jié)語

8025回采工作面頂板由于受到上覆6號(hào)煤層開采、地質(zhì)構(gòu)造以及水作用影響，頂板較為破碎。通過在采面進(jìn)行注漿加固，提升破碎頂板的整體穩(wěn)定性以及自身承載能力。在采面進(jìn)行注漿加固，有效緩解了回采巷道圍巖變形量過大、頂板冒落、煤壁片幫、頂板管理困難等問題，為工作面的安全、平穩(wěn)回采創(chuàng)造了良好條件，為礦井破碎頂板的支護(hù)管理積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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