田 野

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)泰山隆安煤礦，山西 保德 036600）

斷層是一種常見(jiàn)的地質(zhì)構(gòu)造。 在煤礦工作面回采過(guò)程中，斷層對(duì)工作面生產(chǎn)具有較大影響[1-3]，斷層及其附近圍巖較為破碎，回采工作面過(guò)斷層期間易發(fā)生片幫、冒頂事故。 這不僅影響工作面頂板安全管理，還會(huì)因過(guò)斷層頂板、煤幫破碎導(dǎo)致工作面推進(jìn)度低，設(shè)備故障率高等問(wèn)題[4-5]。 因此，回采工作面過(guò)斷層前，需針對(duì)斷層及其附近破碎圍巖采取針對(duì)性加固措施，例如加強(qiáng)工作面及巷道支護(hù)強(qiáng)度、超前注漿提高破碎圍巖穩(wěn)定性等[6-7]?；诖?，以泰山隆安煤礦8203 工作面F43斷層為工程對(duì)象，提出工作面過(guò)斷層區(qū)域超前注漿加固方案。

1 工作面概況

泰山隆安煤礦8203 綜采工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度625 m，傾向長(zhǎng)度240 m。 工作面開(kāi)采8 號(hào)煤層，煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度3.7～5.2 m 左右，平均4.4 m，煤層傾角為2°～8°，平均4°左右。煤層直接頂為泥巖、砂質(zhì)泥巖，厚度為10 m；基本頂為中砂巖、粗砂巖，厚度為13 m；直接底為泥巖，厚度為4.7 m；老底為石灰?guī)r，厚度7.3 m。 工作面運(yùn)輸順槽及回風(fēng)順槽均采用矩形斷面，斷面寬度為5.0 m，高度為3.5 m，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。

8203 回風(fēng)順槽在 （FL4 導(dǎo)線點(diǎn)）261 m 處，揭露F43正斷層，走向358°，傾向268°，傾角75°，落差1.8 m，工作面布置及斷層產(chǎn)狀，如圖1 所示。

圖1 工作面布置及斷層產(chǎn)狀

2 斷層深孔注漿加固方案

為確?；夭晒ぷ髅孢^(guò)斷層期間頂板及煤體的穩(wěn)定性，通過(guò)超前深孔注漿對(duì)斷層及其附近的破碎煤巖體進(jìn)行注漿加固，加固范圍為工作面?zhèn)葦鄬痈浇?0 m 范圍內(nèi)的煤層及煤層頂板，共需注漿加固40 m，注漿加固范圍如圖1 所示。

2.1 注漿鉆孔布置及參數(shù)設(shè)計(jì)

由于F43斷層處于8203 回風(fēng)順槽，為減少鉆孔工程量及高效注漿，將鉆孔施鉆位置選擇在8203 回風(fēng)順槽內(nèi)，并根據(jù)斷層的位置、產(chǎn)狀、落差高度設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)。 由于F43斷層最大落差為1.8 m，為確保斷層附近工作面預(yù)采部分的頂煤及頂板實(shí)現(xiàn)有效注漿加固，將鉆孔設(shè)計(jì)為上下兩排，排距為1 m，鉆孔間距均為2 m，上下兩排孔間呈三花眼布置，上排孔設(shè)計(jì)傾角為+5°，主要負(fù)責(zé)頂部煤體及頂板注漿加固，防止頂煤及破碎矸石冒落，下排孔設(shè)計(jì)傾角為+3°，主要負(fù)責(zé)回采范圍內(nèi)煤體的注漿加固，防止煤壁片幫。 鉆孔深度根據(jù)斷層位置及鉆孔開(kāi)孔位置確定，終孔位置均為超過(guò)斷層20 m，鉆孔直徑均為98 mm，共布置注漿鉆孔58個(gè)。 注漿鉆孔平剖面布置如圖2 所示。

圖2 注漿鉆孔平剖面布置

2.2 超前深孔注漿方案

為確保注漿加固效果，防止采動(dòng)影響斷層附近巷道及破壞斷層周圍煤巖體，根據(jù)礦井采面采動(dòng)影響范圍及注漿加固時(shí)間等方面的觀測(cè)結(jié)果，確定在工作面回采至距離斷層30 m 以外開(kāi)始實(shí)施注漿加固，注漿加固期間，需對(duì)鉆孔封孔工藝、注漿材料、注漿壓力等方案進(jìn)行明確。

（1）封孔工藝：為確保對(duì)斷層及其附近破碎煤巖體的注漿效果，必須保證鉆孔封孔質(zhì)量，防止高壓注漿期間漿液向外滲流影響注漿效果。 封孔前先預(yù)埋注漿管，注漿管采用φ50 mm 的鋼管，單根長(zhǎng)度為2 m，采用接箍連接，每根注漿管中部?jī)蓚?cè)各開(kāi)一個(gè)φ6 mm 的泄?jié){孔；由于注漿孔均為正坡度，注漿管長(zhǎng)度為不小于鉆孔深度的2/3，防止注漿期間發(fā)生積漿堵管。 設(shè)計(jì)封孔長(zhǎng)度為8 m，封孔里端通過(guò)預(yù)埋注漿管在8 m 位置處采用毛巾纏裹棉花進(jìn)行封堵，封孔外端采用毛巾配合棉花同時(shí)纏裹注漿管及封孔輸漿管。 封孔輸漿管分為進(jìn)漿管及返漿管，進(jìn)漿管長(zhǎng)度3 m，返漿管長(zhǎng)度7 m。封孔材料采用初凝時(shí)間較快的無(wú)機(jī)單液注漿材料，水灰比為0.8:1，初凝時(shí)長(zhǎng)為8 min，2 h 后強(qiáng)度可達(dá)到3.5 MPa，可滿足快速封孔并短時(shí)達(dá)到封孔材料最高強(qiáng)度的80%，封孔2 h 后即可開(kāi)始注漿。

（2）注漿材料：注漿材料采用聯(lián)邦無(wú)機(jī)雙液注漿材料，水灰比控制為1.5:1，8 h 強(qiáng)度可到2.5 MPa，24 h 強(qiáng)度可達(dá)8 MPa，3d 后強(qiáng)度可達(dá)12 MPa，可滿足破碎煤巖體的固結(jié)穩(wěn)定。

（3）注漿工藝：注漿期間最大注漿壓力控制在3 MPa 以內(nèi)，防止壓力過(guò)大破壞封孔材料及向外竄漿，可多次循環(huán)開(kāi)啟注漿。 注漿順序?yàn)橄茸⑾屡趴祝僮⑸吓趴住?注下排孔期間，觀察下排孔周圍煤壁有漿液滲出后，可暫停注漿，然后注上排孔，同樣發(fā)現(xiàn)煤壁有漿液滲出后停止注漿，然后等待8 h后再次復(fù)注，直至注漿壓力達(dá)到3 MPa 后停止注漿，該孔注漿完成。

3 效果測(cè)定與分析

為檢驗(yàn)深孔注漿對(duì)斷層附近破碎煤巖體的加固效果，通過(guò)窺視注漿孔、觀測(cè)巷道變形、觀察回采工作面過(guò)斷層期間斷層及其附近的煤巖體固結(jié)情況，進(jìn)行分析總結(jié)。

3.1 孔內(nèi)窺視情況分析

在注漿加固范圍每隔10 m 施工一個(gè)窺視鉆孔（不封孔注漿），窺視鉆孔參數(shù)同上排注漿孔一致，共布置4 個(gè)窺視鉆孔，窺視鉆孔布置位置如圖1 所示，在注漿前、后窺視鉆孔內(nèi)壁情況，主要觀測(cè)對(duì)比注漿前后孔壁光滑程度及裂隙情況，以此進(jìn)行注漿效果評(píng)判，分析漿液與破碎煤巖體的膠結(jié)情況。 本次窺視結(jié)果選擇注漿前后孔壁情況對(duì)比較為明顯的2 號(hào)窺視鉆孔進(jìn)行分析，窺視情況如圖3 所示。

圖3 2 號(hào)窺視鉆孔孔壁窺視情況

由圖3（a）可知，實(shí)施深孔注漿前，鉆孔孔壁較為粗糙，裂隙發(fā)育較為明顯，可見(jiàn)孔壁煤巖體局部有分層現(xiàn)象。由圖3（b）可知，注漿后的孔壁表面較為光滑，可觀測(cè)出明顯的漿液覆蓋及充填，注漿前的孔壁裂隙及煤巖體分層已不可見(jiàn)，說(shuō)明漿液已滲入孔壁的煤巖體裂隙中，漿液充填效果明顯。 由此分析，通過(guò)深孔注漿后，破碎的煤巖體內(nèi)已通過(guò)注漿膠結(jié)，煤巖體結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性得到提高。

3.2 巷道變形情況分析

對(duì)F43斷層實(shí)施深孔注漿前，在注漿段巷道每隔10 m 建立一個(gè)巷道變形觀測(cè)站，共建立了5 個(gè)測(cè)站，測(cè)站位置如圖1 所示。 在工作面回采至距離斷層150 m 時(shí)，超前采動(dòng)影響已達(dá)到斷層處，開(kāi)始每10 d 觀測(cè)一次各測(cè)站變形情況，主要觀測(cè)收集了頂板下沉量、兩幫收縮量及巷道底鼓變形數(shù)據(jù)，并將其中變形量最大的3 號(hào)觀測(cè)站數(shù)據(jù)繪制變形圖，具體變形情況如圖4 所示。

圖4 3 號(hào)測(cè)站處巷道變形規(guī)律曲線

如圖4 所示，注漿后的斷層附近巷道在采動(dòng)影響下，前40 d 內(nèi)（距工作面150～60 m）巷道頂板下沉量及兩幫收縮量均有明顯上升，40 d 后變化逐步趨于穩(wěn)定，底鼓量在25 d后基本趨于穩(wěn)定。至工作面回采過(guò)觀測(cè)站時(shí)，頂板最大下沉量157 mm，兩幫最大收縮量170 mm，最大底鼓量85 mm，巷道圍巖變形量較小，整體變形在允許變形范圍之內(nèi)，表明超前深孔注漿后圍巖整體穩(wěn)定性增強(qiáng)，注漿加固效果良好。

3.3 回采過(guò)斷層期間效果分析

實(shí)施超前深孔注漿后，8203 綜采工作面回采過(guò)斷層期間，斷層及其附近煤巖體整體穩(wěn)定性較好，斷層及其附近圍巖裂隙內(nèi)漿液滲透膠結(jié)情況清晰可見(jiàn)，回采期間未發(fā)生煤壁片幫及頂部破碎煤巖體冒落情況。

4 結(jié)論

工作面過(guò)斷層前，通過(guò)對(duì)斷層及其附近煤巖體進(jìn)行超前深孔注漿，可實(shí)現(xiàn)破碎圍巖的重新膠結(jié)，從而提高煤巖體整體穩(wěn)定性，解決了巷道變形量大及工作面過(guò)斷層期間發(fā)生煤壁片幫及頂部破碎煤巖體冒落問(wèn)題，為工作面安全過(guò)斷層創(chuàng)造條件。