張鵬飛

（山西焦煤山煤國際長春興煤業(yè)有限公司，山西 大同 037101）

斷層侵入回采工作面煤體后，造成斷層兩盤煤體在空間位置上發(fā)生變化，斷層兩側(cè)煤巖體在構(gòu)造應力作用下出現(xiàn)裂隙，當工作面回采至斷層區(qū)時，在回采應力作用下，斷層區(qū)煤巖體出現(xiàn)破碎、冒漏以及片幫現(xiàn)象，嚴重制約著工作面安全高效回采。本文以長春興煤礦103 工作面為例，提前對工作面貫穿斷層進行深孔注漿加固[1-6]，使注漿液完全滲透至斷層區(qū)煤體裂隙內(nèi)，對裂隙煤體進行重組加固，提高煤體承載強度，防止工作面過斷層時出現(xiàn)片幫、冒漏事故。

1 概況

山西焦煤山煤國際長春興煤業(yè)有限公司103 工作面位于井田北盤區(qū)東翼，北部為105 工作面，南部為101 工作面采空區(qū)，東部為回采區(qū)域，西部為盤區(qū)大巷。103 工作面設計走向長度為1400 m，傾向長度為210 m，工作面回采煤層為22#層，煤層平均厚度為12.5 m，平均傾角為2°。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

103 工作面采用綜合機械化回采工藝，根據(jù)103 運輸、回風順槽掘進發(fā)現(xiàn)， 450 m 處回風順槽側(cè)揭露了F11 正斷層，斷層落差為2.4 m，傾角為57°，斷層貫穿整個工作面并于運輸順槽487 m 處揭露，斷層與工作面走向夾角64°，如圖1。由于F11 斷層侵入煤層后導致煤層穩(wěn)定性降低，工作面過斷層期間很容易出現(xiàn)煤壁片幫、頂板垮落現(xiàn)象，為了保證工作面安全回采，決定在運輸、回風順槽兩側(cè)布置注漿站，對斷層區(qū)圍巖進行深孔注漿加固。

2 深孔注漿加固技術(shù)應用

2.1 注漿加固技術(shù)原理

注漿加固技術(shù)指通過對定向注漿鉆孔向裂隙區(qū)圍巖高壓注入具有粘接作用的化學材料，注漿液在高壓作用下完全滲透至圍巖裂隙內(nèi)，經(jīng)催化劑作用下注漿液在巖體裂隙內(nèi)形成膠狀產(chǎn)物，對圍巖裂隙進行填充、粘接，使裂隙圍巖間重組形成具有一定強度的支撐體，從而提高了破碎圍巖整體穩(wěn)定性，避免了工作面在推進過程中受應力作用破碎巖體出現(xiàn)垮落、冒漏現(xiàn)象。

2.2 注漿作用

（1）滲透粘接作用。高壓注漿時對地質(zhì)構(gòu)造附近巖體不會產(chǎn)生嚴重破壞作用，但是漿液可以完全滲透至巖體裂隙內(nèi)，并在裂隙內(nèi)進行凝固粘接，大大提高了巖體膠結(jié)強度及抗壓能力。

（2）排氣致密作用。構(gòu)造區(qū)巖體出現(xiàn)裂隙后，裂隙帶內(nèi)充填氣體，通過注漿后漿液置換了裂隙內(nèi)氣體，并對裂隙巖體進行擠壓，增加裂隙巖體致密性。

（3）劈裂卸壓作用。當注漿壓力超過原巖應力時，漿液對構(gòu)造區(qū)圍巖產(chǎn)生更大范圍的劈裂，巖體內(nèi)應力卸壓范圍擴大，有效改善圍巖應力狀態(tài)。

2.3 注漿材料及設備

（1）采用型號為ZBQS-10/10 多功能氣動注漿泵配合混合槍進行注漿施工，配套設備有注漿軟管、閥門、壓力表、流量計以及封孔器。具體見表2。

表2 ZBQS-10/10 多功能氣動注漿泵技術(shù)參數(shù)

（2）由于煤礦注漿時最常見的注漿材料為無機注漿材料，如水玻璃、水泥灰等，該類注漿材料成本費用低、取材方便，但是需長期高壓注漿，漿液滲透能力差，且凝固時間長。103 工作面斷層注漿液采用固邦特有機化學材料，由A、B 兩種組分組成，A 組分為多異氰酸酯化合物，B 組分為多羥基化合物。固邦特注漿液具有反應速度快、膨脹率高、凝固時間短等優(yōu)點。

2.4 鉆孔布置參數(shù)

（1）由于F11 斷層與工作面夾角為64°且貫穿整個工作面，斷層對工作面影響范圍大，所以決定在103 工作面運輸、回風順槽分別設置一個注漿站（1#、2#）。1#注漿站設置在回風順槽內(nèi)，布置在斷層下側(cè)距斷層20 m 處；2#注漿站設置在運輸順槽內(nèi)，布置在斷層上側(cè)距斷層20 m 處，如圖1。

圖1 103 工作面斷層區(qū)超前注漿鉆孔布置示意圖（mm）

（2）在1#、2#注漿站分別布置兩排注漿鉆孔，鉆孔布置間距為3.0 m，鉆孔布置排距為1.5 m。第一排鉆孔距頂板間距為1.0 m，鉆孔垂直煤體布置。鉆孔直徑為45 mm，鉆孔深度為40～80 m。鉆孔施工完后保證鉆孔終孔位置位于斷層處巖體內(nèi)。

2.5 注漿工藝

注漿鉆孔施工完后進行注漿工序：安裝注漿軟管→封孔→連接注漿泵→開泵注漿；當鉆孔內(nèi)注漿液填充完成后，繼續(xù)注漿，在壓力作用下漿液滲透至圍巖裂隙內(nèi)，對裂隙進行填充；此時繼續(xù)保持一定壓力，使?jié){液完全滲透至毛細裂隙內(nèi)，一段時間后漿液在裂隙內(nèi)固化，將斷層帶處破碎煤巖體膠結(jié)成整體，從而增加破碎巖體承載強度。

3 實際應用效果分析

至2021 年3 月17 日103 工作面已回采至550 m，工作面已完全過F11 斷層區(qū)，過斷層前后工作面煤壁、頂板片幫、破碎、垮落現(xiàn)象，監(jiān)測結(jié)果見表3。

表3 工作面斷層區(qū)注漿前后圍巖冒漏、片幫對比分析表

103 工作面斷層區(qū)采取注漿加固后頂板冒漏及煤壁片幫情況得到有效改善，通過表1 分析可知，注漿后工作面頂板最大冒漏深度減少了68.45%，冒漏次數(shù)減少了65%，夾矸率減少59.4%。煤壁最大片幫深度減少了53.6%，片幫次數(shù)減少了70%，注漿后巖體抗壓強度提高了2 倍?？梢妼鄬訁^(qū)采取超前注漿后，有效提高了圍巖穩(wěn)定性，對防止圍巖破碎、冒漏起到有效控制作用。

4 結(jié)語

對103 工作面貫穿斷層提前進行注漿加固，通過實際應用效果來看，有效解決了工作面過斷層期間頂板破碎、冒漏，煤壁片幫現(xiàn)象，保證了工作面安全快速過斷層區(qū)，取得了顯著應用成效。