侯璐擁

(晉城煤業(yè)集團 寺河礦， 山西 晉城 048000)

目前，大采高技術(shù)在晉城煤業(yè)集團已得到了較為廣泛的應(yīng)用，但大采高工作面推進速度快、開采強度高、礦壓顯現(xiàn)劇烈，造成工作面采場及巷道圍巖難以控制。尤其在末采階段，工序增加、推進速度變慢、煤層及巷道圍巖應(yīng)力增大，以致工作面煤壁片幫漏頂現(xiàn)象頻繁發(fā)生，同時回采巷道煤幫變形也較為嚴重。工作面片幫、漏頂影響了工作面的推進速度，影響正常生產(chǎn)，甚至會引發(fā)安全事故[1-3]. 因此，對于大采高工作面末采防片幫漏頂技術(shù)的研究十分必要，對寺河礦5303大采高工作面末采階段片幫、冒頂情況進行治理，以使工作面安全、快速推進，保證正常生產(chǎn)。

1 工程概況

5303大采高綜采工作面位于寺河礦東五盤區(qū)，工作面開采3#煤層，一次采全高，煤層底板標高+275～+326 m，地面標高+560～+699 m，工作面傾斜長度為221 m，走向長度為1 334 m，煤層平均厚度5.9 m，平均傾角3°. 該工作面共布置5條順槽，采用“三進兩回”U型通風系統(tǒng)，工作面順槽沿煤層底板布置。工作面南為53031巷(主進風巷及列車巷)、53035巷(主進風巷及輔運巷)，北為53033巷(輔助進風巷及皮帶巷)、53032巷(回風巷)、53034巷(回風巷)。工作面巷道布置平面圖見圖1.

圖1 工作面布置平面圖

2 大采高工作面末采階段片幫機理分析

2.1 片幫機理分析

大采高工作面煤壁片幫、冒頂?shù)挠绊懸蛩睾芏?，煤體自身物理力學性質(zhì)、采煤高度、支架阻力、工作面推進速度及方向都會引起煤壁片幫。對于特定條件下的煤體，煤體強度越高，煤體的穩(wěn)定性就越好；而對于大采高工作面，大采高加大了采空區(qū)頂板下沉的空間，頂板壓力也隨之增加，導致煤體及圍巖裂隙發(fā)育；回采過程中礦山壓力主要作用在支架和煤壁上，但由于圍巖發(fā)育，導致支架接頂不實，大部分壓力由煤壁承擔，進一步導致裂隙發(fā)育，形成片幫、冒頂。尤其工作面處于末采階段，工作面采動應(yīng)力集中，礦壓顯現(xiàn)強烈，更容易引起煤壁片幫，甚至冒頂。

2.2 片幫治理思路

通過現(xiàn)場經(jīng)驗可知，大采高綜采面煤壁破壞形式主要以拉裂破壞和剪切破壞為主，無論哪種破壞形式，主要是由于煤體自身力學性質(zhì)及覆巖頂板的壓力所引起的，而簡單提高支架的支護阻力難以避免煤壁片幫、冒頂?shù)陌l(fā)生。因此，為了有效防止工作面煤壁片幫，需要加強煤體自身的力學性質(zhì)。

通過對煤體進行注漿加固，固結(jié)破碎煤體、提高煤巖整體性，進而增強破碎煤體強度是目前提高煤體自身力學性質(zhì)的有效方法。針對工作面末采階段，在工作面超前支承應(yīng)力區(qū)域進行深孔注漿，使其煤體保證一定整體性，為工作面末采階段快速、安全推進提供可能。

3 末采深孔注漿加固方案設(shè)計

3.1 鉆孔設(shè)計思路

大采高工作面末采深孔注漿方案的基本思路為：

1) 提前成孔、插管、封孔。提前在末采區(qū)域?qū)嵤┥羁足@進，甚至可以在工作面準備期間實施注漿鉆孔，插入注漿管，并封孔。

2) 注漿鉆孔進入超前支承壓力影響區(qū)后實施注漿。

3) 保證鉆孔終孔位置在機采高度范圍，使注漿液擴散在煤體中。

4) 可以將末采深孔注漿鉆孔和瓦斯抽采鉆孔統(tǒng)一，即提前鉆進成孔、插管、封孔后，先作為瓦斯抽采鉆孔，待末采時期可以作為注漿鉆孔。

3.2 鉆孔布置參數(shù)

鉆孔設(shè)計依據(jù)工作面煤層及覆巖的物理力學參數(shù)及煤巖層接觸面力學參數(shù)，見表1.

表1 覆巖巖層物理力學參數(shù)表

根據(jù)工作面圍巖情況及相關(guān)參數(shù)進行注漿鉆孔設(shè)計，分別從53031巷和53033巷向煤體側(cè)布置鉆孔注漿。在53031巷幫施工兩排鉆孔，下排鉆孔開孔高度1.5 m，上排鉆孔開孔高度2.5 m；上排孔孔間距6 m，下排孔間距6 m，上下排孔成“三花”布置，上下排孔間距1 m；下排孔垂直煤壁施工，仰角為0°，孔深105 m，上排孔為上仰鉆孔，終孔位置距煤層頂板0.5 m，鉆孔上仰角度約2.5°，孔深約105 m；每條巷道內(nèi)上排鉆孔施工9個，下排鉆孔施工9個，合計施工18個深孔。53033巷參數(shù)同上。鉆孔布置見圖2，圖3.

圖2 工作面兩順槽注漿鉆孔布置平視圖

圖3 工作面兩順槽注漿鉆孔布置側(cè)視圖

4 注漿材料及其工藝

4.1 注漿材料選取

深孔注漿材料為聯(lián)邦加固I號，該材料為單液注漿材料，材料在加水攪拌后30～40 min流動性較好，2～3 h完全失去流動性，滿足短時間存放及泵送、深孔較長時間擴散的要求，超細水泥顆粒的存在使?jié){液能夠進入較小裂隙，改善加固效果；材料凝結(jié)后10～12 h完全硬化，1天單軸抗壓強度可達20 MPa，不同齡期單軸抗壓強度見表2.

表2 聯(lián)邦加固I號(單液)注漿材料不同水灰比抗壓強度表

注漿材料選取原則：由于現(xiàn)場工作面采高大、采煤效率高、鉆孔長，因此對材料的流動性、凝結(jié)時間、硬化時間等指標都有較高的要求，綜合考慮深孔注漿材料的流動度、凝結(jié)時間、硬化時間以及早期強度等參數(shù)，確定水灰比為0.8.

4.2 注漿工藝

該次末采注漿選用的注漿泵為ZBYSB100/20-18.5型液壓注漿泵，該泵適合高壓力、大排量注漿封堵工程，適用于深孔注漿工程。注漿設(shè)備主要包括QB260氣動攪拌桶、盛漿桶、ZBYSB100/20-18.5型液壓注漿泵和輸漿管路等。深孔的注漿壓力一般情況下為4～10 MPa，根據(jù)注漿速率調(diào)整泵壓。該次末采注漿壓力最高達到15 MPa，最低為5 MPa. 其設(shè)備組成和布置見圖4.

在實際注漿過程中，鉆孔之間存在溝通裂隙，可能會發(fā)生串孔、漏漿等現(xiàn)象，需要停泵一段時間再注，或者幾個孔來回換注，用棉紗將漏漿孔縫隙堵住，保證注漿效果。

5 工程效果

1) 該次末采注漿共使用注漿材料187.25 t，其中30 m孔共注5 180袋，15 m孔共注266袋，78 m孔共注1 344袋，20 m孔共注700袋，合計7 490袋?，F(xiàn)場拌料水灰比采用0.8，故注進煤壁中的漿液共計312.08 t.

圖4 深孔注漿設(shè)備及布置圖

2) 主撤巷道和53031巷進入到超前支承壓力區(qū)時變形量加劇，選在此時進行注漿。通過后期監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，巷道兩幫移近量明顯減緩。

3) 工作面在向主撤巷道推進的過程中，片幫的數(shù)量以及深度呈增加趨勢，這是由于煤柱變薄，承載能力降低，無法避免。但整體上煤壁保持平整，注漿加固效果顯著。

4) 工作面最后40 m僅用了5天時間便全部回采完畢，使設(shè)備安全進入回撤巷道，在保證安全的同時實現(xiàn)了工作面與主撤巷道的快速貫通。

6 結(jié) 論

1) 通過分析大采高工作面末采階段片幫、冒頂機理，提出了提高煤巖體自身力學性質(zhì)改善煤壁裂隙發(fā)育，以有效避免片幫、冒頂情況的發(fā)生。

2) 采用深孔注漿的方式對工作面末采階段超前支承應(yīng)力區(qū)進行深孔注漿加固，改善煤巖體力學性質(zhì)；根據(jù)末采工作面實際地質(zhì)情況，設(shè)計鉆孔布置及其參數(shù)，保證注漿效果；同時依據(jù)深孔注漿對注漿材料的需求，選用流動性好、擴散性強、強度大的高性能單液注漿材料。

3) 經(jīng)過注漿加固后的末采工作面，煤壁片幫得到有效治理，煤壁整體較平整，注漿加固效果顯著。