李 偉

（晉煤集團(tuán)趙莊二號井，山西 長治046600）

0 引言

斷層是我國煤炭資源開采過程中經(jīng)常遇到的不良地質(zhì)條件之一，由于斷層的地質(zhì)歷史成因，其巖層往往較為破碎，完整性差，甚至含有地下水，進(jìn)一步弱化了圍巖的整體強(qiáng)度，給煤炭資源的開采帶來了一定的影響[1-2]。斷層破碎帶對圍巖及頂板的安全影響很大，而斷層區(qū)域所含資源在開采過程中也不能舍棄，因此必須采取合適的技術(shù)措施通過斷層破碎帶，從而達(dá)到安全高效的開采[3-4]。

1 工程概況

圖1 切眼揭露斷層位置圖

目前趙莊二號井2309初采工作面設(shè)備已經(jīng)安裝完畢，工作面切眼情況如下：工作面切眼傾斜長170m,安設(shè)ZF5400/17/34型液壓支架106架,機(jī)頭、機(jī)尾共安設(shè)ZFG5600/18/33型過渡支架7架。在切眼內(nèi)揭露3條正斷層FS58、F24、F23，2309工作面切眼揭露斷層位置平面圖如圖1（a）所示，剖面圖如圖1（b）所示。

2 注漿加固技術(shù)

2.1 破碎帶注漿加固

工作面切眼揭露的斷層帶圍巖較為破碎，整體性差，為保證頂板及圍巖的安全，確保2309初采工作面初采的順利進(jìn)行，結(jié)合工作面切眼實(shí)際情況經(jīng)研究決定采用超前注漿加固技術(shù)對破碎圍巖體進(jìn)行注漿，從而實(shí)現(xiàn)對圍巖性質(zhì)的優(yōu)化。注漿加固技術(shù)的基本原理為通過漿液粘聚性、膨脹性、密彈性、流動(dòng)性等，使破碎的圍巖體聚合致密。2309初采工作面注漿材料采用瑪麗散，瑪麗散是高分子樹脂材料的一種，遇水或遇催化劑后發(fā)生化學(xué)及和物理反應(yīng)發(fā)生膨脹，膨脹后具有較好的密彈性。為保證注漿加固能夠達(dá)到預(yù)期的加固范圍，還需采用適當(dāng)?shù)淖{壓力，使用高壓泵將漿液注入圍巖破碎帶中，漿液在高壓的作用下滲入裂隙帶，直至達(dá)到預(yù)定的位置，漿液會在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生凝固，凝固后的漿液便可將破碎圍巖體粘結(jié)起來，形成較為完整的圍巖，增強(qiáng)圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。而在高壓漿液作用下，一些脆性巖體可能發(fā)生壓裂，即使如此，壓裂后的圍巖體在漿液凝固后形成新的完整圍巖體，其力學(xué)性能甚至優(yōu)于原圍巖體，可減少支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的壓力。

分析2309初采工作面切眼揭露斷層情況，發(fā)現(xiàn)切眼距離斷層25m時(shí)，工作面支架受斷層影響較大，在距離斷層10m左右時(shí)，頂板進(jìn)入斷層破碎帶，通過斷層15m后，支架壓力開始減小，結(jié)合以上分析，2309初采工作面注漿加固范圍確定為：切眼距斷層前20m和切眼過斷層后15m。

工作面注漿加固技術(shù)，在一定程度上會影響正常的開采作業(yè)，因此，應(yīng)當(dāng)制定合理的工作制度和管理措施，來保證注漿加固和工作面開采的協(xié)調(diào)進(jìn)行，避免發(fā)生窩工和進(jìn)度延遲，從而保證初采工作面快速通過斷層帶，進(jìn)入正常開采狀態(tài)。

2.2 注漿參數(shù)

1）注漿孔布置。根據(jù)2309初采工作面的地質(zhì)條件和現(xiàn)場圍巖破碎情況，注漿孔深度定為5.5m，注漿孔孔徑40mm，孔口1.5m段為封孔位置，由于工作面揭露的斷層圍巖破碎情況較為嚴(yán)重，因此，注漿孔采用雙排布置方式，上層注漿孔布置在工作面頂板下方1m，鉆孔仰角15°，下層注漿孔布置在底板上方2m，鉆孔仰角15°，鉆孔間距為4m。2309初采工作面鉆孔布置圖如圖2所示。

圖2 2309初采工作面注漿鉆孔布置圖

2）注漿量。注漿量是影響注漿加固效果的重要因素之一，若注漿量過少則不能達(dá)到有效的注漿范圍，注漿量過多則造成浪費(fèi)不經(jīng)濟(jì)，因此選取合適的注漿量就顯得十分重要。注漿量受圍巖地質(zhì)情況、注漿壓力等的影響，本文采用先期注漿試驗(yàn)的結(jié)果，經(jīng)過理論分析和現(xiàn)場驗(yàn)證，注漿量確定為400kg/孔，由于注漿量較大，注漿方式應(yīng)采用間歇式，在實(shí)際注漿過程中，地質(zhì)條件具有不確定性，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)調(diào)整注漿量。

3）注漿壓力。在注漿過程中漿液的動(dòng)力即來源于注漿壓力，注漿壓力不足帶來的影響為漿液不能擴(kuò)散至需要的位置，從而加固效果不佳，注漿壓力過大帶來的不良影響則是迫使圍巖體發(fā)生過多的壓裂現(xiàn)象，甚至造成漿液沖出圍巖。同理，結(jié)合先期注漿試驗(yàn)，注漿壓力確定為10MPa。

2.3 注漿加固工藝

2309初采工作面，所采用的注漿加固設(shè)備如圖3所示。

圖3 2309初采工作面注漿設(shè)備

注漿加固具體工藝流程為：

1）設(shè)計(jì)注漿參數(shù)。注漿參數(shù)主要有注漿孔的布置形式如孔深、孔徑、角度和間排距，以及注漿壓力、注漿量，需要說明的是所設(shè)計(jì)的注漿參數(shù)，在實(shí)際施工中并非一成不變的，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整，來保證注漿效果的實(shí)現(xiàn)。

2）注漿孔鉆進(jìn)。2309初采工作面所布置的注漿孔間距較小，因此，若同時(shí)進(jìn)行注漿孔鉆進(jìn)施工，則相鄰注漿孔可能相互影響，從而發(fā)生塌孔現(xiàn)象，故注漿孔的鉆進(jìn)應(yīng)間隔進(jìn)行，即先鉆進(jìn)一部分注漿孔，待其注漿完成后在鉆進(jìn)相鄰的另一部分注漿孔。

3）安裝注漿設(shè)備。注漿設(shè)備按照其相對位置進(jìn)行連接安裝，安全完成后，應(yīng)進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)備的合理性以及安全設(shè)施的可靠性。

4）注漿作業(yè)。啟動(dòng)注漿設(shè)備開始注漿作業(yè)，作業(yè)過程中應(yīng)特別注意注漿壓力的變化，若發(fā)現(xiàn)注漿壓力發(fā)生突變或注漿壓力不穩(wěn)定，應(yīng)立即停止注漿，探明原因并采取措施后方可繼續(xù)注漿，同時(shí)，注漿作業(yè)過程中應(yīng)有專門的安全措施。

5）注漿停止。注漿量達(dá)到預(yù)定要求，且無其他異常情況時(shí)便可停止注漿，之后，對注漿管路及注漿設(shè)備進(jìn)行沖洗，保證下次的使用。

3 回采工藝措施

過斷層時(shí)除采用科學(xué)合理加固措施保證工作面圍巖體穩(wěn)定以外，尚需采用適當(dāng)?shù)幕夭晒に?，從而與加固措施相輔相成、相得益彰，達(dá)到最佳的過斷層效果，減少遇到斷層所帶來的損失，根據(jù)2309初采工作面的實(shí)際情況，主要采取以下回采工藝技術(shù)來進(jìn)一步保證安全的通過斷層帶。

1）加快推進(jìn)速度。工作面遇到斷層破碎帶時(shí)，在破碎帶前后一定距離和范圍內(nèi)，發(fā)生支架工作組阻力增加，處于較高的壓力狀態(tài)，此時(shí)，應(yīng)快速推進(jìn)，減少支架處于高壓力狀態(tài)的時(shí)間，同時(shí)，也可減少圍巖的變形量，避免出現(xiàn)變形過大?？焖偻七M(jìn)的具體方法為，工作面快要揭露斷層時(shí)采用淺割快跑的作業(yè)方式，即采煤機(jī)進(jìn)刀量減小，割煤速度提升，從而在較安全的前提下加快推進(jìn)速度。

2）增大支架初撐力。支架初撐力的提升可保證支架與圍巖緊密接觸，減小圍巖變形量，達(dá)到最佳的支護(hù)效果，增大支架初撐力主要通過以下方法實(shí)現(xiàn)，首先應(yīng)將支架的供液壓力提高，保證管路的密封良好，可采用增壓器等來提升供液壓，其次應(yīng)保證有足夠的供液時(shí)間，避免時(shí)間不足造成的阻力下降。

3）加強(qiáng)頂板支護(hù)。由于斷層帶的圍巖較為破碎，給工作面頂板管理帶來了很多的問題，而頂板又是決定工作面安全性的主要因素，因此，工作面通過斷層帶時(shí)應(yīng)特別注意加強(qiáng)頂板的支護(hù)，首先必須有合理的支護(hù)設(shè)計(jì)，其次保證支護(hù)施工達(dá)到質(zhì)量要求。

4）合理的管理制度。工作面過斷層是工作面推進(jìn)過程中的特殊時(shí)刻，因此，必須對管理制度做出相應(yīng)的調(diào)整，如加強(qiáng)設(shè)備的檢修力度，確保設(shè)備的穩(wěn)定可靠，建立工作面支架阻力，圍巖位移等數(shù)據(jù)觀測和記錄制度，定量分析圍巖的穩(wěn)定性，并做出預(yù)警預(yù)判。

4 結(jié) 論

1）針對晉煤集團(tuán)趙莊二號井2309初采工作面揭露斷層破碎帶的實(shí)際情況，提出采用注漿加固技術(shù)對破碎帶圍巖進(jìn)行加固，并對注漿參數(shù)及注漿流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

2）為保證2309初采工作面順利通過斷層破碎帶，從推進(jìn)速度、支架初撐力、頂板支護(hù)、管理制度詳細(xì)闡述了應(yīng)采用的回采工藝措施。