王 冰

(山西焦煤西山煤電斜溝礦，山西 興縣 033600)

隨著綜采設(shè)備不斷發(fā)展，大采高工作面憑借其產(chǎn)量高、成本低、生產(chǎn)集中以及采空區(qū)遺煤量少等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)階段厚煤層高效開(kāi)采的主要技術(shù)方法之一[1-2]。隨著工作面采高增大，煤壁穩(wěn)定性變差、開(kāi)采引起礦壓顯現(xiàn)更為凸顯，特別是采面開(kāi)采遇斷層時(shí)圍巖穩(wěn)定性及強(qiáng)度較低，加之大采高綜采設(shè)備靈活性較差，會(huì)給推進(jìn)效率、生產(chǎn)安全等帶來(lái)一定制約[3]。當(dāng)采煤工作面遇落差較小或者影響范圍不大的斷層時(shí)，為提高生產(chǎn)效率一般采用平推硬過(guò)方法過(guò)斷層，并通過(guò)改變采煤機(jī)截割進(jìn)尺、超前移架等方式控制頂板，但是由于不能改變煤體及頂板強(qiáng)度及穩(wěn)定性，無(wú)法從根本上杜絕冒頂或者片幫事故發(fā)生[4-5]。注漿是提高煤壁及頂板穩(wěn)定性的主要技術(shù)方法，文中就以13205大采高綜采工作面過(guò)斷層為背景，對(duì)工作面過(guò)斷層技術(shù)及圍巖控制技術(shù)進(jìn)行分析探討，以期為類(lèi)似情況下其他大采高工作面過(guò)斷層圍巖控制提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

13205大采高綜采工作面開(kāi)采13號(hào)煤，厚度4.49 m，傾角7～13°(均值為10°)，煤層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、裂隙不發(fā)育。以往礦井開(kāi)采13號(hào)煤采用綜放開(kāi)采方式，不同程度存在采空區(qū)遺煤量大、采出率低等問(wèn)題，同時(shí)面臨較大的防滅火及瓦斯治理壓力。為此，礦井提出采用大采高綜采方式回采13號(hào)煤，13205綜采工作面為礦井首個(gè)大采高綜采工作面，設(shè)計(jì)走向、傾向長(zhǎng)分別為1 059 m、200 m。13號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 13號(hào)煤頂?shù)装鍘r性

13205綜采工作面切眼掘進(jìn)過(guò)程中揭露有F12斷層(H=6.5～8.0 m，212°∠33°)，該斷層與采面推進(jìn)方向有25°夾角，走向影響范圍約為50 m，傾向影響范圍主要集中在90～105號(hào)支架間(影響長(zhǎng)度約32 m)，具體切眼內(nèi)F12斷層剖面如圖1所示。

圖1 F12斷層在采面內(nèi)分布剖面圖

1.2 采面過(guò)斷層安全風(fēng)險(xiǎn)

鄰近礦井采用大采高綜采工藝開(kāi)采13號(hào)煤層時(shí)，超前支承壓力影響范圍為80 m，應(yīng)力峰值一般位于采面前方8～15 m，應(yīng)力集中系數(shù)2.5～3.5。13205綜采工作面采高4.49 m，采用壓力顯現(xiàn)明顯，同時(shí)，F(xiàn)12斷層影響范圍內(nèi)煤巖體裂隙發(fā)育，采面過(guò)斷層期間容易發(fā)生片幫或者垮落等事故。

13205工作面回采時(shí)F12斷層影響范圍內(nèi)(90～105號(hào)支架間)出現(xiàn)不同程度漏頂情況，起初通過(guò)在液壓支架上方布置半圓木或者枕木方式維持頂板穩(wěn)定，但是應(yīng)用效果不佳。已有工程應(yīng)用實(shí)踐表明，通過(guò)向頂板破碎巖體內(nèi)注入馬麗散、羅克休可提高頂板穩(wěn)定性，為此，在13205綜采工作面推進(jìn)過(guò)F12斷層影響區(qū)時(shí)，擬在90～105號(hào)支架間向頂板注入化學(xué)漿液，對(duì)頂板進(jìn)行充填加固，從而為采面安全回采創(chuàng)造良好條件。

2 注漿加固應(yīng)用

在13205綜采工作面90～105號(hào)支架間向采面煤壁、破碎頂板施工鉆孔，通過(guò)向鉆孔內(nèi)注入注漿漿液，提高煤巖體穩(wěn)定性。注漿漿液起到的加固作用主要體現(xiàn)在以下方面[6-8]：①網(wǎng)絡(luò)骨架，漿液裂隙中擴(kuò)散、膠結(jié)后形成網(wǎng)絡(luò)骨架，提高破碎煤巖體穩(wěn)定性及整體性；②黏結(jié)補(bǔ)強(qiáng)，注漿漿液在裂隙中擴(kuò)散，對(duì)裂隙面產(chǎn)生一定黏結(jié)力，提高裂隙附近煤巖體強(qiáng)度及剛度；③充填壓實(shí)，注漿壓力作用下漿液充填小縫隙，降低煤巖體孔隙率，從而提高注漿加固區(qū)域煤炭體強(qiáng)度。

2.1 加固技術(shù)方案

2.1.1 加固材料

對(duì)于頂板垮落或者漏頂區(qū)域采用注入羅克休材料。羅克休包括催化劑、樹(shù)脂2種成分，膠結(jié)后體積可膨脹30倍以上，硬化后結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度約0.2 MPa，可起到臨時(shí)阻止頂板垮落、下沉作用。

對(duì)于頂板垮落或者漏頂區(qū)域注入羅克休后，在90～105號(hào)支架間提前布置鉆孔，向鉆孔內(nèi)注入馬麗散，通過(guò)馬麗散將松散、不穩(wěn)定性煤巖體膠結(jié)為一個(gè)整體，提高加固區(qū)煤巖體穩(wěn)定性。馬麗散材料包括催化劑、樹(shù)脂2種成分，混合后具有較高的粘結(jié)力及強(qiáng)度，同時(shí)可注效果較好，能在小縫隙中滲透并膨脹。

2.1.2 施工準(zhǔn)備

檢測(cè)壓風(fēng)管路，確?？商峁?.4～0.7 MPa動(dòng)力風(fēng)源。提前準(zhǔn)備壓風(fēng)管、高壓注漿軟管，壓風(fēng)管路長(zhǎng)度滿足注漿泵、風(fēng)源點(diǎn)距離需要，注漿軟管長(zhǎng)度滿足注漿泵與注漿點(diǎn)距離需要。現(xiàn)場(chǎng)注漿材料、設(shè)備等均應(yīng)按照要求運(yùn)送至注漿點(diǎn)附近并按照要求整齊碼放。

在注漿點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備水、清洗劑(5%～10%燒堿溶液)，并配備木鍥、棉紗等避免注漿漿液從縫隙中大量外溢。

2.1.3 注漿壓力

鉆孔注漿壓力控制在3～5 MPa，注漿量依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。終止注漿條件為：在設(shè)計(jì)注漿壓力下穩(wěn)定10 min以上；注漿鉆孔周邊漿液外溢嚴(yán)重。

2.1.4 注漿施工工藝

1) 向頂板垮落區(qū)注入羅克休，具體注入工藝為：①按照設(shè)計(jì)要求連接注漿泵，高壓軟管等；②注漿開(kāi)始時(shí)，將吸漿管分別放入到催化劑、羅克休樹(shù)脂筒內(nèi)，按照1∶4配比混合后經(jīng)過(guò)高壓軟巖、注射槍注射到漏頂區(qū)域，漿液在漏頂區(qū)反應(yīng)后充填整個(gè)漏頂區(qū)并對(duì)頂板施加一定支撐力；③注漿完成后清洗吸漿管、高壓軟管及注射槍?zhuān)们逑磩┘扒逅謩e沖洗注漿泵、附屬管路，羅克休樹(shù)脂側(cè)采用清水清洗、催化劑側(cè)采用清洗劑清洗。

2) 注入馬麗散。具體鉆孔布置如圖2所示，施工工藝為：①鉆孔施工，在90～105號(hào)支架間布置鉆孔，鉆孔布置在煤壁上距離頂板1.0 m、仰角33°、孔深6 000 mm、孔徑45 mm，鉆孔間距為3.0 m；②注漿，采用高壓泵注漿，吸漿管分別放入催化劑以及樹(shù)脂筒內(nèi)，通過(guò)高壓泵向鉆孔內(nèi)注入馬麗散，注漿從90號(hào)液壓支架位置向105號(hào)支架方向依次進(jìn)行；③注漿完成后清洗注漿系統(tǒng)，清洗方式與注入羅克休方式一致。

圖2 馬麗散鉆孔布置圖(mm)

2.2 注漿效果分析

在13205綜采工作面過(guò)F12斷層初期，由于斷層影響范圍內(nèi)煤巖體破碎、穩(wěn)定性較差，97～104號(hào)支架間出現(xiàn)不同程度漏頂情況，液壓支架工作阻力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求、初撐力普遍偏低，導(dǎo)致支架與頂板接觸不良甚至出現(xiàn)擠架情況，不僅影響支架移動(dòng)而且給生產(chǎn)安全帶來(lái)一定影響。采用羅克休、馬麗散漿液對(duì)垮落區(qū)進(jìn)行充填并提高斷層影響區(qū)煤巖體強(qiáng)度，杜絕了后續(xù)回采過(guò)程中冒頂或片幫等情況，斷層影響附近液壓支架正常接頂，可維護(hù)頂板穩(wěn)定。具體注漿前后斷層影響區(qū)內(nèi)液壓支架工作壓力統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。在注漿加固前，97～104號(hào)液壓支架與頂板接觸不良，甚至部分支架出現(xiàn)傾倒征兆，此部分液壓支架工作阻力普遍偏低；注漿加固后，液壓支架與頂板均密切接觸，支架穩(wěn)定性增強(qiáng)及工作阻力增加，可實(shí)現(xiàn)采面頂板有效控制。

圖3 注漿前后斷層影響區(qū)內(nèi)液壓支架工作壓力統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 結(jié) 語(yǔ)

1) 大采高綜采工作面回采時(shí)礦壓顯現(xiàn)明顯，當(dāng)采面過(guò)斷層等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，在采動(dòng)壓力、構(gòu)造應(yīng)力、圍巖破碎以及采高較大等因素共同作用下，極易出現(xiàn)冒頂、片幫等情況，影響采面回采安全。

2) 13205綜采工作面采高為4.49 m，采面內(nèi)發(fā)育的F12斷層走向、傾向影響范圍分別為50 m、32 m，由于斷層處于采面中部，為此采用平推硬過(guò)方法過(guò)該斷層。在過(guò)斷層期間，受多因素制約，98～104號(hào)支架間出現(xiàn)不同程度漏頂情況、支架初撐力偏低，同時(shí)伴隨有片幫情況。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，提出采用羅克休對(duì)冒頂區(qū)域進(jìn)行充填，采用馬麗散加固斷層影響區(qū)煤巖體強(qiáng)度及穩(wěn)定性，并對(duì)具體注漿加固方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，13205綜采工作面在后續(xù)回采過(guò)斷層期間，斷層影響區(qū)內(nèi)液壓支架支撐力始終在穩(wěn)定范圍內(nèi)且與頂板接觸良好，頂板及煤壁始終保持穩(wěn)定，為采面安全高效過(guò)斷層創(chuàng)造良好條件。