潘偉鵬，華心祝，劉 斌，李 琛，營 龍，馮國海

(1.安徽理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學(xué) 深部煤礦采動(dòng)響應(yīng)與災(zāi)害防控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 淮南 232001；3.淮北礦業(yè)股份有限公司 桃園煤礦，安徽 宿州 234116)

斷層作為一種常見的地質(zhì)構(gòu)造會(huì)破壞頂板的完整性，導(dǎo)致工作面通過斷層時(shí)支架壓力普遍增大，上覆巖層運(yùn)動(dòng)劇烈，沖擊地壓、煤與瓦斯突出及冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率增大，大大增加了支護(hù)的難度和成本[1-3]。對于不同形式的斷層，考慮斷層帶附近煤巖破碎情況，郭守泉[4]、劉志剛[5]、李育泉[6]等對綜采工作面過斷層技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和歸納，主要有兩類方法：第一類是通?？梢圆捎昧砭蚬ぷ髅?，重新布置工作面和直接從一盤推到另一盤兩種方式；第二類是直接推過斷層，需要優(yōu)化割頂板巖層的位置，減少冒頂?shù)目赡苄浴?/p>

華心祝[7]以171303工作面為工程研究背景，運(yùn)用力學(xué)理論對工作面大斷層影響區(qū)頂板平衡結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，采用相似模擬試驗(yàn)驗(yàn)證其提出的挖底過斷層的方法?，F(xiàn)場工程實(shí)踐中隨著工作面推進(jìn)，煤量增加，矸石量減少，表明臥底過大斷層效果顯著。楊科[8]通過對大落差正斷層不同采高、不同工作面長度其工作面圍巖力學(xué)特性進(jìn)行研究，最終提出上盤留頂破底調(diào)斜推進(jìn)、局部輔助爆破破頂過大斷層的方法，并在工程實(shí)踐中取得良好的效果。通過二者對超長大采高工作面過斷層技術(shù)及方法進(jìn)行分析，建立了大采高工作面過大斷層安全技術(shù)保障體系。

趙毅鑫[9]結(jié)合數(shù)值模擬和相似模擬方法對開采擾動(dòng)下斷層面的滑移失穩(wěn)機(jī)理及其誘發(fā)的微震規(guī)律展開分析。魏世明[10]借助數(shù)值模擬、相似模擬等研究方法，對工作面開采時(shí)斷層面不同位置應(yīng)力和滑移量展開研究。焦振華[11，12]以朱集西煤礦11501工作面為研究背景，通過數(shù)值模擬對采動(dòng)條件下斷層的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)特征進(jìn)行研究，同時(shí)分析采場礦壓顯現(xiàn)與斷層損傷滑移互饋機(jī)制；他還引入斷層損傷量作為斷層滑移失穩(wěn)指標(biāo)，并采用正交模擬試驗(yàn)對斷層損傷變量的影響因素進(jìn)行分析。李志華[13]以濟(jì)三煤礦的6303工作面為研究背景，通過采用相似模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算為研究方法，對采動(dòng)情況下斷層滑移失穩(wěn)進(jìn)行研究。并得出結(jié)論，當(dāng)工作面位于斷層下盤時(shí)其受到的沖擊礦壓危險(xiǎn)高于斷層上盤。王福海[14]以張集礦1613A工作面為研究背景，提出沿?cái)鄬酉卤P預(yù)掘措施巷超前注漿過斷層，通過提前揭露斷層，觀察煤巖體破碎情況，再針對性提出方案安全過斷層。楊偉利[15]通過分析千米深井的斷層構(gòu)造應(yīng)力和臨斷層工作面上覆巖層運(yùn)移對沖擊地壓的影響，獲得不等寬斷層煤柱誘沖機(jī)理。張明偉[16]采用微震監(jiān)測系統(tǒng)對斷層區(qū)域煤巖體進(jìn)行監(jiān)測，分析斷層活動(dòng)聚集能量對沖擊礦壓的誘發(fā)影響，最終得出斷層群構(gòu)造區(qū)域微震活動(dòng)具有較高的不穩(wěn)定性的結(jié)論。姜耀東[17]通過數(shù)值模擬建立三維庫倫剪切模型，研究工作面從斷層上盤和下盤向斷層回采時(shí)，斷層接觸面的法向應(yīng)力、剪切應(yīng)力的時(shí)空演化規(guī)律，以及斷層上下盤的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。研究結(jié)果顯示斷層法向應(yīng)力變化總是比剪切應(yīng)力提前，工作面與斷層越近，斷層易于活化，下盤開采的采動(dòng)影響比上盤集中，危險(xiǎn)性更高。

本研究以桃園煤礦Ⅱ1044綜采工作面過斷層為研究背景，通過數(shù)值模擬方法探究工作面推進(jìn)過程中，斷層面滑移量、斷層附近工作面垂直應(yīng)力分布、塑性區(qū)的演化規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)場礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證，確保工作面的安全高效接續(xù)，并為相似條件的工作面開采提供參考。

1 工作面概況

桃園煤礦Ⅱ1044綜采工作面位于Ⅱ四采區(qū)，工作面標(biāo)高-604.5～-738.3 m，可采走向長度521 m，傾斜長度162.5 m；煤層厚度為2.9～4.6 m，平均厚度3.4 m；煤層頂板為泥巖或細(xì)砂巖，底板為泥巖。頂?shù)装迩闆r如圖1所示。

圖1 頂?shù)装鍘r性

該工作面里段為一傾向東的單斜構(gòu)造。工作面內(nèi)煤層走向及傾向上均有一定的寬緩波狀起伏；工作面里段發(fā)育10條斷層，其中2條逆斷層，8條正斷層，斷層與工作面兩巷均斜交，斷層落差均小于2 m，斷層附近煤層頂板較為破碎，壓力較大，回采期間需加強(qiáng)頂板管理工作。目前回采至F1正斷層附近，斷層與工作面兩巷均斜交，對回采影響較大。結(jié)合礦井生產(chǎn)情況和頂板條件，為確保工作面安全回采，擬采用切割上盤頂板巖層，保留底板煤層通過斷層的方法。

2 工作面過斷層數(shù)值分析

2.1 模型的建立

為進(jìn)一步確定斷層對工作面開采的影響范圍，根據(jù)煤巖地質(zhì)參數(shù)建立FLAC3D數(shù)值計(jì)算模型。模型長×寬×高為260 m×240 m×80 m，煤層的埋深為605 m，高度為3.4 m；斷層落差2 m，與水平方向夾角為23°。各巖層物理力學(xué)參數(shù)見表1，數(shù)值模擬模型如圖2所示。

表1 巖層物理力學(xué)參數(shù)

圖2 數(shù)值模擬模型

2.2 模擬方案及模擬結(jié)果分析

從斷層上盤開始開挖，即由模型右側(cè)向左側(cè)推進(jìn)，開挖時(shí)右側(cè)預(yù)留60 m寬度的保護(hù)煤柱，前后各預(yù)留40 m保護(hù)煤柱；先貫通兩巷，在兩巷之間布置工作面，進(jìn)行開挖推進(jìn)，每次推進(jìn)距離與工作面實(shí)際每天推進(jìn)距離保持一致，推進(jìn)距離為3 m，采高3.5 m。

在模擬開挖的過程中，隨著工作面與斷層不斷地靠近，其對應(yīng)的工作面垂直應(yīng)力如圖3所示。由圖可知，當(dāng)工作面距斷層60 m甚至更遠(yuǎn)時(shí)，斷層帶附近應(yīng)力分布同原巖應(yīng)力狀態(tài)時(shí)應(yīng)力分布相同；當(dāng)工作面距斷層50 m時(shí)，斷層帶的垂直應(yīng)力開始小幅度增加，此時(shí)斷層帶所受到的垂直應(yīng)力略高于同水平原巖的垂直應(yīng)力；當(dāng)工作面距斷層40 m時(shí)，其應(yīng)力與50 m處大體相同；當(dāng)工作面距斷層30 m時(shí)，工作面底板下方斷層帶附近的應(yīng)力開始降低，工作面前方的應(yīng)力集中區(qū)還未接觸到斷層帶；當(dāng)工作面距斷層20 m時(shí)，由于受到工作面超前支承壓力的影響，應(yīng)力集中區(qū)開始在斷層帶顯現(xiàn)；當(dāng)工作面距斷層10 m時(shí)，應(yīng)力集中區(qū)已經(jīng)覆蓋同水平的斷層帶，并且在斷層上盤與下盤都有擴(kuò)展。

圖3 工作面垂直應(yīng)力分布

模型建立時(shí)，在右側(cè)預(yù)留有60 m的煤柱，因此斷層上盤只有85 m的走向長度。工作面超前應(yīng)力如圖4所示，數(shù)據(jù)監(jiān)測的是隨著工作面不斷的向著斷層靠近，其超前應(yīng)力位于工作面前方何處，并測出斷層處應(yīng)力值，應(yīng)力最終穩(wěn)定的部分就是斷層所在位置。

圖4 工作面超前應(yīng)力

當(dāng)工作面距離斷層50 m時(shí)，在工作面前方10 m處產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力峰為45.5 MPa，此時(shí)斷層處的應(yīng)力為19 MPa，應(yīng)力集中區(qū)為斷層處的2.4倍；當(dāng)工作面距離斷層40 m時(shí)，在工作面前方9 m處產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力峰為47 MPa，此時(shí)斷層處的應(yīng)力為20 MPa，應(yīng)力集中區(qū)為斷層處的2.35倍；當(dāng)工作面距離斷層30 m時(shí)，在工作面前方9 m處產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力峰為46 MPa，此時(shí)斷層處的應(yīng)力為21.8 MPa，應(yīng)力集中區(qū)為斷層處的2.1倍；當(dāng)工作面距離斷層20 m時(shí)，在工作面前方8 m處產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力峰為45.5 MPa，此時(shí)斷層處的應(yīng)力為24.7 MPa，應(yīng)力集中區(qū)為斷層處的1.85倍；當(dāng)工作面距離斷層10 m時(shí)，在工作面前方9 m處產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力峰為41 MPa，此時(shí)斷層處于應(yīng)力集中區(qū)。隨著工作面不斷向前推進(jìn)，所形成的超前應(yīng)力基本保持在41 MPa至47 MPa之間，當(dāng)工作面不斷靠近斷層，其峰后應(yīng)力值也在不斷增高。

因此，當(dāng)工作面距離斷層較遠(yuǎn)時(shí)，斷層周圍巖體不受開采擾動(dòng)影響，仍處在原巖應(yīng)力狀態(tài)，斷層所受垂直應(yīng)力基本保持不變；隨著工作面向斷層不斷推進(jìn)，工作面開采影響到斷層，導(dǎo)致斷層附近出現(xiàn)應(yīng)力集中；隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，應(yīng)力集中區(qū)向前移動(dòng)。

在模擬開挖的過程中，隨著工作面與斷層不斷地靠近，其塑性區(qū)分布如圖5所示，當(dāng)工作面距斷層60 m時(shí)，只有工作面頂板和底板出現(xiàn)小范圍的塑性區(qū)；當(dāng)工作面距斷層50 m時(shí)，工作面底板下的斷層出現(xiàn)大范圍塑性區(qū)，塑性區(qū)沿?cái)鄬酉蛏希恢钡轿挥诨镜紫路侥鄮r同水平處停止；當(dāng)工作面距斷層40 m時(shí)，塑性區(qū)范圍繼續(xù)沿著斷層向上，到位于基本底和直接底交界處停止，同時(shí)工作面的頂板和底板出現(xiàn)大范圍的塑性區(qū)，較60 m，50 m處頂板和底板塑性區(qū)增長而言，工作面距斷層40 m時(shí)，其應(yīng)力峰達(dá)到47 MPa，是所有階段應(yīng)力峰最高值，頂板和底板破壞加重；當(dāng)工作面距斷層30 m時(shí)，塑性區(qū)已經(jīng)位于煤層同水平處，同時(shí)工作面頂板破壞程度進(jìn)一步加深；當(dāng)工作面距斷層20 m時(shí)，塑性區(qū)沿?cái)鄬永^續(xù)向上擴(kuò)張，斷層上方也出現(xiàn)塑性區(qū)并開始向下擴(kuò)張；當(dāng)工作面距斷層10 m時(shí)，斷層基本上被破壞，底板塑性區(qū)與底板下斷層塑性區(qū)連接成片，頂板破壞持續(xù)加大。

圖5 塑性區(qū)分布

當(dāng)工作面頂?shù)装鍘r層條件相同，但未出現(xiàn)斷層時(shí)，其塑性區(qū)如圖6所示，當(dāng)工作面距斷層60 m時(shí)，頂板出現(xiàn)小范圍的塑性區(qū)；當(dāng)工作面距斷層50 m時(shí)，底板未出現(xiàn)大范圍塑性區(qū)，頂板塑性區(qū)向更高位巖層擴(kuò)展，同時(shí)頂板塑性區(qū)并未沿著水平方向大范圍擴(kuò)展；當(dāng)工作面距斷層40 m時(shí)，直接頂與基本頂已經(jīng)被完全破壞，頂板塑性區(qū)開始沿水平方向擴(kuò)展；較60 m，50 m處頂板塑性區(qū)增長而言，工作面距斷層40 m時(shí)，頂板破壞開始加重；當(dāng)工作面距斷層30 m，20 m時(shí)，頂板破壞程度進(jìn)一步加深，工作面直接頂、基本頂、更高位巖層已經(jīng)完全被破壞，塑性區(qū)沿水平方向擴(kuò)張，頂板塑性區(qū)水平擴(kuò)張是由高位巖層開始，隨著推進(jìn)，塑性區(qū)在低位巖層也開始擴(kuò)張；當(dāng)工作面距斷層10 m時(shí)，破壞繼續(xù)加大。

圖6 無斷層時(shí)塑性區(qū)分布

綜上所述，對比工作面有斷層和無斷層時(shí)，兩種情況頂板的破壞程度都很大，基本一致，具體是先由直接頂、基本頂向更高位巖層傳遞，當(dāng)工作面頂板完全破壞，塑性區(qū)再由高位巖層開始向水平方向快速擴(kuò)展；但當(dāng)工作面存在斷層時(shí)，隨著工作面的推進(jìn)，斷層不斷破壞直至完全破壞，底板各巖層也在不斷破壞，底板下斷層塑性區(qū)與底板塑性區(qū)連接成片。

通過單元體平衡方程推導(dǎo)出塑性區(qū)寬度公式[18，19]，并發(fā)現(xiàn)越厚越軟的煤層，其塑性區(qū)寬度越大。

式中，X為塑性區(qū)破壞寬度，m；M為煤厚，m；K為應(yīng)力集中系數(shù)；γ為上覆巖層的平均容重，kg/m3；H為采深，m；C為煤層與頂?shù)装宓恼尘哿?，Pa；φ為煤層頂?shù)装宓膬?nèi)摩擦角。

煤層開采后，工作面底板巖層的原始應(yīng)力發(fā)生變化，現(xiàn)有的應(yīng)力大于或者小于原始應(yīng)力。若采空區(qū)底板的應(yīng)力小于原始應(yīng)力，而在其外部一定范圍內(nèi)應(yīng)力是大于原始應(yīng)力的。煤層開采后，底板巖層會(huì)出現(xiàn)壓力增加區(qū)域和壓力降低區(qū)域。根據(jù)礦山壓力理論，忽略原巖應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、底板承壓水作用。其底板破壞深度公式如下[20]。

式中，h為底板破壞深度，m；X為塑性區(qū)破壞寬度，m；φ為煤層頂?shù)装宓膬?nèi)摩擦角。

通過計(jì)算，煤厚M取3.5 m，應(yīng)力集中系數(shù)K取2.5，上覆巖層的平均容重γ取2.5 kg/m3，采深H取650 m，煤層與頂?shù)装宓恼尘哿取1.8×106Pa，煤層與頂?shù)装宓膬?nèi)摩擦角取39°。通過計(jì)算得出塑性區(qū)寬度為14.3 m，將X=14.3帶入底板破壞深度公式得h=47.2，由此可得當(dāng)工作面不斷向斷層靠近后，底板破壞深度最終可達(dá)到47.2 m，觀察塑性區(qū)圖可見，當(dāng)工作面距斷層50 m時(shí)，工作面底板破壞深度只有20 m，但是在距工作面底部45 m處底板與斷層交界處已經(jīng)受到破壞，并且隨著工作面的推進(jìn)，最終工作面底板破壞深度達(dá)到50 m。

因此，當(dāng)工作面距離斷層較遠(yuǎn)時(shí)，斷層周圍巖體不受開采擾動(dòng)影響，仍處在正常狀態(tài)，斷層處未產(chǎn)生塑性區(qū)；隨著工作面向斷層不斷推進(jìn)，當(dāng)工作面距斷層50 m時(shí)，工作面開采會(huì)影響到斷層，斷層下部開始出現(xiàn)塑性區(qū)，當(dāng)工作面距斷層40 m時(shí)，斷層和工作面頂?shù)装逋瑫r(shí)出現(xiàn)大范圍塑性區(qū)，由此可見當(dāng)工作面推進(jìn)至40 m處時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施。

由圖7可知，工作面開始于走向位置200 m處，由此開始向斷層不斷推進(jìn)，在走向位置112 m處遇到斷層，工作面向斷層方向推進(jìn)的過程中，煤層與斷層交界處滑移現(xiàn)象最為明顯，直接頂次之，基本頂和其上的泥巖與斷層交界處滑移量相較于煤層和直接頂而言變化不大。

圖7 頂板各巖層與斷層交界處位移

當(dāng)推進(jìn)至距斷層40 m時(shí)，煤層與斷層交界處滑移開始增大，滑移量為12 mm；當(dāng)推進(jìn)至距斷層30 m時(shí)，煤層與斷層交界處滑移量為22 mm；當(dāng)推進(jìn)至距斷層20 m時(shí)，煤層與斷層交界處滑移量為40 mm；當(dāng)推進(jìn)至距斷層10 m時(shí)，煤層與斷層交界處滑移量為64.5 mm。

直接頂為泥巖，當(dāng)工作面距斷層20 m時(shí)，直接頂與斷層交界處滑移量開始增大，達(dá)到30.7 mm；當(dāng)工作面距斷層20 m以內(nèi)時(shí)，直接頂與斷層接觸面滑移量突增，最高可達(dá)104 mm；當(dāng)工作面距斷層20 m以外時(shí)，直接頂與斷層接觸面的滑移量基本保持在0至20 mm范圍內(nèi)。

基本頂為細(xì)砂巖，當(dāng)工作面距斷層10 m時(shí)，基本頂與斷層接觸面的滑移量才開始顯著增加，最高達(dá)到52 mm?；卷斨系哪鄮r在工作面距斷層10 m時(shí)，才開始較大滑移，其滑移量最高41 mm。

底板各巖層與斷層交界處位移如圖8所示，工作面向斷層不斷推進(jìn)的過程中，煤層與斷層交界處的滑移量最大，直接底與斷層交界處的滑移量明顯小于基本底和基本底下的泥巖、粉砂巖。

圖8 底板各巖層與斷層交界處位移

粉砂巖與斷層交界處的滑移量在距斷層50 m以外時(shí)，滑移量始終保持在9 mm以內(nèi)，當(dāng)工作面距斷層50 m時(shí)，滑移量增大，達(dá)到13 mm；當(dāng)工作面距斷層40 m時(shí)，滑移量達(dá)到25 mm；當(dāng)工作面距斷層30 m時(shí)，滑移量達(dá)到48 mm；當(dāng)工作面距斷層20 m時(shí)，滑移量達(dá)到83 mm；當(dāng)工作面距斷層10 m時(shí)，滑移量達(dá)到115 mm。由此可見當(dāng)工作面推進(jìn)至距斷層40 m時(shí)粉砂巖與斷層交界處的滑移速率開始加大，并且在距斷層40 m后每前進(jìn)10 m，滑移速率都在變大，直至工作面推抵?jǐn)鄬印?/p>

泥巖與斷層交界處的滑移量僅次于粉砂巖，當(dāng)工作面距斷層50 m時(shí)，滑移量開始小范圍上漲，當(dāng)工作面至斷層40 m時(shí)，滑移量已經(jīng)達(dá)到33 mm，并在此時(shí)滑移量開始進(jìn)入快速增長區(qū)，滑移量最高達(dá)到143 mm。

基本底與斷層交界處的滑移量增長主要分三個(gè)階段，當(dāng)工作面距斷層大于50 m時(shí)，其交界處的滑移量基本不變，保持在10 mm以內(nèi)；當(dāng)工作面距斷層20 m至50 m時(shí)，滑移量開始增加然后趨于穩(wěn)定，基本穩(wěn)定在45 mm范圍內(nèi)；當(dāng)工作面距斷層小于20 m時(shí)，其交界處的滑移量開始迅速增加，直至推進(jìn)到斷層，滑移量最大可達(dá)117 mm。直接底與斷層交界處的滑移量基本保持不變，在15 mm范圍內(nèi)。

對比塑性區(qū)圖可知，當(dāng)工作面向斷層推進(jìn)時(shí)，起初工作面頂板各巖層與斷層交界處的破壞程度很小，當(dāng)工作面距斷層30 m時(shí)，其頂板巖層與斷層交界處才開始產(chǎn)生塑性區(qū)。而底板各巖層與斷層的交界處在工作面距斷層50 m，40 m的時(shí)候就開始產(chǎn)生塑性區(qū)，及遭到破壞。

模擬桃園煤礦Ⅱ1044綜采工作面與斷層不同距離時(shí)，采動(dòng)對工作面頂?shù)装搴蛿鄬拥挠绊?；同時(shí)還模擬Ⅱ1044綜采工作面無斷層時(shí)，隨著工作面不斷地推進(jìn)，其頂?shù)装鍫顟B(tài)是否穩(wěn)定。最終得出該工作面無論是否存在斷層，其頂板內(nèi)部都會(huì)受采動(dòng)影響而產(chǎn)生大范圍的破壞，有著極高的冒頂風(fēng)險(xiǎn)；又因?yàn)楣ぷ髅嬲鎸?shí)情況是存在斷層的，因此其底板也會(huì)受采動(dòng)影響破壞，同時(shí)斷層也會(huì)被完全破壞，可知該工作面頂?shù)装鍑鷰r較脆，完整性差。為了減少工作事故的發(fā)生，決定采用超前注漿法來提高該工作面圍巖的完整性。

3 過斷層現(xiàn)場實(shí)踐及效果評價(jià)

綜合理論分析與數(shù)值計(jì)算結(jié)果來看，桃源煤礦Ⅱ1044綜采工作面圍巖完整性較差，工作面頂板局部巖層破碎、底板巖性較脆、工作面煤壁以及內(nèi)部圍巖存在部分破碎和大量裂隙。因此提出注漿加固技術(shù)，該技術(shù)是通過壓力將漿液壓入注漿孔隙，漿液再從注漿孔隙流入巖層破碎區(qū)域和煤巖體自身結(jié)構(gòu)裂隙，對孔隙和裂隙進(jìn)行充填，使得煤巖體具有完整性，從而提高煤巖體整體承載能力和破壞強(qiáng)度。最終確定桃源煤礦Ⅱ1044綜采工作面采用承壓注漿，使破裂的煤巖體變形從脆性轉(zhuǎn)變?yōu)檠有?，有著更好的讓壓和釋放能量的作用，其可塑性也得到加?qiáng)，煤巖體將更容易形成承載結(jié)構(gòu)。

3.1 注漿工藝

3.1.1 注馬麗散

對煤層松散、頂板破碎區(qū)域，在巷道上下幫或煤體施工鉆孔注馬麗散NS對煤巖進(jìn)行加固，為保證加固效果，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行注漿，要保證漿液擴(kuò)散范圍和注馬麗散壓力，每次施工以煤壁出現(xiàn)溢漿后結(jié)束注漿。

通風(fēng)巷和運(yùn)輸巷分別預(yù)留一臺(tái)氣動(dòng)注漿泵，使用前，注漿泵用鐵絲固定牢固，防止發(fā)生傾斜歪倒。巷道內(nèi)注漿按照順煤層施工鉆孔5～6 m；面內(nèi)注漿按隔架施工法，每隔5架以底板向上1.0 m左右，按仰角30°～45°打眼，眼深5～6 m，再進(jìn)行注漿，打眼處上下10 m范圍內(nèi)不能平行作業(yè)。如有其他特殊情況，可根據(jù)現(xiàn)場對鉆孔眼位及眼深進(jìn)行調(diào)整。按照施工方案的要求安裝注管和封孔器；氣動(dòng)泵及其附件組裝好并把注槍固定住。開始注漿時(shí)，把兩根吸料管分別插入A組分和B組分桶中，活塞在氣動(dòng)馬達(dá)的作用下運(yùn)動(dòng)，由于壓力的作用使原料經(jīng)過活塞進(jìn)入輸料管，輸送到注槍里，通過注槍注入煤(巖)體，原料滲入裂隙，進(jìn)而快速反應(yīng)達(dá)到加固的目的。單孔一次注入最大劑量一般不得超過1000 kg；注漿時(shí)，注漿眼及頂幫端面出現(xiàn)漿液時(shí)立即停止注漿。頂幫端面出現(xiàn)掉渣及片幫等異常情況時(shí)立即停止注漿，觀察至少6 h，若無異常，則可以再注漿；一般每孔連續(xù)注漿時(shí)間以不超過60 min為宜。進(jìn)行充填密閉作業(yè)時(shí)，嚴(yán)禁多孔同時(shí)注漿。停止注漿后，用A組分沖洗管路和混合槍。注漿完畢后，用清洗劑清洗注漿泵和管路，沖洗時(shí)間不小于10 min。注漿過程中在下風(fēng)側(cè)懸掛多功能便攜儀持續(xù)檢查瓦斯、CO等氣體，防止注漿擠壓出瓦斯、CO等氣體造成事故，因此注漿時(shí)要保證高壓風(fēng)源可靠，不得隨意停風(fēng)，待注漿完成并沖洗后方可停高壓風(fēng)。注漿方案如圖9所示。

圖9 注漿方案

3.1.2 注水泥漿

Ⅱ1044工作面受周期來壓和地質(zhì)構(gòu)造影響，25—55架發(fā)生不同程度的煤壁片幫，為防止頂板破碎發(fā)生二次片幫和抽冒現(xiàn)象等特殊情況，進(jìn)一步加強(qiáng)工作面頂板和煤壁的管理控制，決定在正?；夭善陂g對工作面20—60架注水泥漿固化頂幫。

Ⅱ1044工作面回采至回風(fēng)巷F5+24.2 m，機(jī)巷J10+30.8 m。為超前加固前方斷層F1：H=1.0～3.0 m，設(shè)計(jì)在Ⅱ1044機(jī)巷和Ⅱ1042軌道巷內(nèi)分別施工1組注漿加固孔，各孔采取“兩堵一注”方法帶壓注漿。注水泥漿采用風(fēng)鉆打眼，每隔3 m以底板向上1 m左右，按仰角15°～25°打眼，眼深5～7 m，然后再用啟動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿。如有其他特殊情況，可根據(jù)現(xiàn)場對鉆孔眼位及眼深進(jìn)行調(diào)整。注漿材料為普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號P.O 42.5#，漿液濃度水灰比不大于1∶0.6，注漿壓力原則上不小于8 MPa。要求各孔按照孔號順序依次施工，單孔注漿完畢后方可施工下一鉆孔，孔深不得超過設(shè)計(jì)孔深。

3.2 注漿效果分析

Ⅱ1044工作面一共109架液壓支架，現(xiàn)在分別抽取上部、中上部、中部、中下部、下部五組支架進(jìn)行觀察測量，整個(gè)工作面液壓支架壓力范圍位于20 MPa到45 MPa之間，期間工作面支架未出現(xiàn)異常。注漿后支架壓力如圖10所示。

圖10 注漿后支架壓力

未注漿且工作面距斷層40 m時(shí)，工作面頂板破碎較為嚴(yán)重，圍巖完整性較差，有冒落碎石，易產(chǎn)生冒頂事故。注漿后工作面繼續(xù)推進(jìn)，工作面頂板圍巖完整性較高，推進(jìn)過程中不再有碎石冒落，通過鉆孔檢測發(fā)現(xiàn)巖石破碎區(qū)和煤巖體裂隙中都充滿漿液，凝固后破碎區(qū)和裂隙連接在一起，圍巖完整性大大提高，由此可知桃源煤礦Ⅱ1044綜采工作面注漿效果較好。

4 結(jié) 論

1)工作面距斷層較遠(yuǎn)時(shí)，斷層周圍巖體不受開采擾動(dòng)影響，斷層所受垂直應(yīng)力基本保持不變；隨著工作面向斷層不斷推進(jìn)，工作面開采影響到斷層，導(dǎo)致斷層附近出現(xiàn)應(yīng)力集中；隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，應(yīng)力集中區(qū)向前移動(dòng)。

2)當(dāng)工作面距斷層40 m時(shí)，工作面直接底與斷層交界處被破壞，工作面頂板和底板出現(xiàn)大范圍破壞，底板破壞深度47.2 m。

3)工作面頂板各巖層與斷層接觸面的滑移量由高到低分別是：直接頂、基本頂、基本頂上的泥巖；工作面底板各巖層與斷層接觸面的滑移量由高到低分別是：最底層粉砂巖、次底層泥巖、基本底、直接底。

4)在距斷層40 m時(shí)，對工作面頂板破碎區(qū)域注入馬麗散，注漿后工作面液壓支架壓力穩(wěn)定在20～45 MPa，破碎頂板得以控制，注漿效果明顯保證了安全回采。