劉忠斌

(山西汾西正旺煤業(yè)有限責任公司，山西 孝義 032300)

回采工作面過斷層時由于受斷層影響，容易發(fā)生片幫、冒頂事故，給采面正常生產帶來不利影響[1]。注漿加固是穩(wěn)定煤巖體的常用技術措施，根據注漿材料不同可分為高分子化學注漿以及無機注漿[2]?；瘜W注漿可以在提升煤巖體穩(wěn)定性方面表現出較好的應用效果，但是也存在高溫下容易產生有害氣體、價格昂貴、污染等問題，同時，由于凝固時間短僅能用于淺孔，因此需要在回采工作面進行注漿，不僅會給采面生產帶來一定影響，而且還會出現部分漿液流入采空區(qū)或者頂板空洞內，浪費注漿材料[3-5]。而新興無機注漿材料具有與有機高分子材料相接近的性能，同時材料固結后的強度、固化速度、強度增加等方面可以媲美高分子材料，但是卻無高分子材料有關的缺陷[6]。因此，正旺煤礦在綜放開采工作面采用此注漿材料用以采面過斷層加固中，取得顯著應用效果。

1 工程概況

11103工作面位于一采區(qū)北側，北鄰二采區(qū)準備巷道，東鄰首采區(qū)大巷，南鄰102工作面，西鄰井田邊界。采面上部為2號、9號煤層采空區(qū)。11103工作面開采10號、11號煤，傾角2°～8°,厚度7.85 m，結構由較簡單～復雜，煤層頂板為泥巖，底板為泥巖。采面位置關系見圖1。

圖1 采面位置關系

2 注漿材料

選用的注漿材料為凱密安無機加固材料，該材料主要成分為無機礦粉，是一種新型的礦用環(huán)保型注漿加固材料。該材料分為單液、雙液兩種形式，其中，單液材料具有失流時間長，材料加水攪拌后30 min～40 min內仍具有較好的流動性，約120 min～180 min漿液失去流動性，可以滿足漿液短時間存放以及深孔注漿時需要較長時間擴散需要，漿液在10 h～12 h后得以完全硬化，24 h后抗壓強度即可達到20 MPa;雙液材料由于具備速凝、早強等特點，可用于采面淺孔注漿及封孔等，兩種漿液在混合之前24 h內不會出現沁水、凝固、沉淀等問題，漿液混合后3 min～10 min即可凝結，當水灰比按0.8∶1.0混合1 h～8 h后，漿液凝固后強度可達8 MPa～14 MPa。具體凱密安性能參數見第128頁表1。

3 超前注漿加固方案

注漿是為了提升斷層破碎帶穩(wěn)定性，由于受斷層構造影響煤壁裂隙更為發(fā)育，采用淺孔注漿時容易出現跑漿、漏漿等問題，不僅造成注漿材料浪費，而且達不到預期注漿效果。因此，注漿選用淺孔注漿對表層煤體裂隙進行封堵、深孔注漿提升斷層破碎帶圍巖強度注漿方案，具體為，先采用雙液漿進行淺孔注漿封堵煤壁裂隙，后采用單液漿進行深孔注漿。

表1 凱密安性能參數

3.1 注漿鉆孔布置

為了提升鉆孔利用率，降低注漿成本，決定利用瓦斯抽采鉆孔作為注漿孔對斷層破碎帶進行加固。

淺孔注漿布置在11103工作面回采巷道內斷層破碎帶影響區(qū)域內，注漿孔分兩排布置成三花眼狀，其中，上、下兩排鉆孔距離巷道底板間距分別為2.5 m、1.0 m，仰角分別為3°～4°、1°～2°m，鉆孔間距、孔深分別為3.0 m、5.0 m，孔徑50 mm，具體注漿孔布置見圖2。

圖2 淺部注漿孔布置示意圖

3.2 注漿孔封孔

采用兩堵一注方式封孔，封孔長度為4.0 m，采用的封孔管為孔徑20 mm鋼管，其余管路為32 mm孔徑PE管，PE管與鋼管間通過插接方式連接，具體封孔方式見圖3。封孔材料選用速凝雙液料。

圖3 注漿封孔示意圖

3.3 注漿工藝

3.3.1 注漿壓力

注漿壓力過大或者過小均不能起到較好的注漿效果，壓力過大時會在煤體內產生新的裂隙同時將阻力小的裂隙貫通，增加跑漿、漏漿程度；壓力過小時起不到應有的注漿效果。根據現場情況，深孔注漿壓力為15 MPa，當漏漿或者跑漿嚴重時壓力降低至8 MPa～10 MPa；淺孔注漿以及封孔注漿壓力選擇為8 MPa～10 MPa，當漏漿或者跑漿嚴重時可將注漿壓力降低至6 MPa～8 MPa。

3.3.2 注漿量

注漿量與注漿鉆孔長度、煤體內裂隙發(fā)育程度以及注漿壓力等參數密切相關，合理的注漿量應能確保注漿區(qū)域注漿后有顯著的加固效果；若注漿量過大則會造煤體內產生新的裂隙，破壞煤巖體穩(wěn)定性，經過初步估算，深孔注漿孔單個鉆孔注漿量為2 000 kg。

3.4 合理注漿時機

淺部注漿孔施工完成后即可進行注漿，從而封孔表層煤體裂隙，為后續(xù)深孔注漿提供止?jié){層。采面開采后前方煤體支承壓力分布具體見圖4。

圖4 采面前方支承壓力分布示意圖

在原巖應力區(qū)內，由于煤巖體裂隙不發(fā)育，深孔注漿效果不明顯，若采用較大的注漿壓力強行注漿，則注漿后的煤體強度未能較原始煤體注漿強度大，同時，在原巖應力區(qū)后續(xù)還會受到采面明顯影響，加固后的煤體會再次出現裂隙，從而影響加固效果，不能起到防止采面頂板冒落、煤壁片幫等作用。應力增高區(qū)內裂隙發(fā)育，可注性較強，但是高應力增加注漿難度，注漿漿液在煤體內流動以滲漏、劈裂注漿為主。在應力降低區(qū)內煤體破碎、裂隙十分發(fā)育，煤體基本喪失承載能力，可注性好，但是對注漿加固材料強度要求高，同時注漿會造成大量漿液外漏，浪費現象明顯。綜合上述分析，深孔注漿應在應力增高區(qū)的后半部分，結合礦井采面推進速度、注漿漿液凝固時間，綜合確定回采工作面與斷層他相距50 m時開始進行深孔注漿。

4 現場注漿實踐

4.1 淺孔注漿

淺孔注漿在深孔注漿之前完成，選用的注漿材料為雙液漿，選用的注漿泵為氣動雙液注漿泵，注漿現場布置盛漿桶、攪拌桶各兩個，并配備相應的注漿管及混合器。

4.2 深孔注漿

注漿點位于11103工作面回采巷道內，注漿不會對采面正常生產帶來不利影響。注漿漿液為單液漿，具體注漿系統(tǒng)結構見圖5，選用的注漿泵型號為ZBYSB100/20-18.5。

圖5 注漿系統(tǒng)

在采面回風巷斷層帶附近9個瓦斯抽采鉆孔、風巷8個瓦斯抽采孔內注入凱密安單液漿分別為20.7 t、19.2 t，單個鉆孔的注漿量分別為2.3 t、2.4 t。

4.3 注漿效果

為了對注漿后的采面圍巖完整性進行驗證，采用鉆孔窺視對注漿前、后的頂板巖層情況進行窺視，具體對比結果見圖6。可以看出，采用凱密安單液漿注漿后，漿液在斷層破碎帶圍巖中擴展、固結效果明顯，可有效充填破碎巖層裂隙，起到固結作用，提升了煤巖體穩(wěn)定性。

采面在推進過斷層期間，未出現明顯的頂板冒落、煤壁片幫問題。

圖6 注漿前、后頂板巖層窺視對比結果

5 總結

1) 注漿選用的凱密安加固材料加固性能與有機高分子材料類似，但沒有有機高分子材料價格昂貴、污染環(huán)境等缺陷。在正旺煤礦11103綜放工作面過斷層時采用該新型無機注漿加固材料提前對斷層破碎帶進行注漿加固，現場應用圍巖控制效果。

2) 注漿時應根據注漿地面實際情況合理選擇注漿實際，根據11103綜采工作面實際情況，深孔注漿實際為采面與斷層相距50 m范圍時，此時注漿煤層可注性較好，同時又可降低采面生產對注漿加固區(qū)的影響。

3) 在11103綜放工作面采用瓦斯抽放孔作為注漿鉆孔，即可降低注漿鉆孔施工工程量，又可避免后續(xù)鉆孔鉆進對煤體損傷，實現了一孔多用的目的。