王 強(qiáng)，張 超,2

（1. 山西寧武榆樹坡煤業(yè)有限公司，山西 忻州 034000；2. 中國礦業(yè)大學(xué)（北京），北京 100083）

0 引言

特厚煤層綜放開采是實現(xiàn)高產(chǎn)高效的重要開采方法[1-2]，我國重點建設(shè)的14個大型煤炭基地和42個千萬噸煤礦多以開采特厚煤層為主，且年均煤炭產(chǎn)量占比達(dá)70%[3]。因此，實現(xiàn)特厚煤層綜放面安全高效開采對我國煤炭工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要。近年來，隨著我國煤炭機(jī)械化、智能化水平不斷提升，礦井集約化程度顯著增強(qiáng)，在西部礦區(qū)涌現(xiàn)出一大批千萬噸級特厚煤層綜放面，表現(xiàn)出開采幾何尺寸增大、采動效應(yīng)強(qiáng)烈、覆巖結(jié)構(gòu)演化復(fù)雜等新特征[4-6]，導(dǎo)致了特厚煤層綜放強(qiáng)采動頂板運移及礦壓控制技術(shù)難題，嚴(yán)重制約特厚煤層安全高效開采。

注漿加固是控制破碎煤巖體穩(wěn)定性最有效的措施之一，但由于注漿加固過程中無法直接觀察注漿擴(kuò)散范圍，導(dǎo)致注漿工藝參數(shù)設(shè)計不科學(xué)，具有很大的盲目性，亟待完善注漿擴(kuò)散理論，指導(dǎo)現(xiàn)場注漿工藝設(shè)計[7]，針對這一問題國內(nèi)外學(xué)者已展開了大量的研究。TANI等[8]分析了Newtonian流體和Bingham流體在平板裂隙間的擴(kuò)散規(guī)律；MAJIDI等[9]計算了屈服冪律流體在平板裂隙間的徑向流動理論解，給出了近似解析式；YING等[10]提出了一種多孔介質(zhì)形成的非均勻孔隙模型，分析了灌漿在地層中的滲透擴(kuò)散行為以及注漿壓力、水灰比、地層位移等參數(shù)的影響；ZHANG等[11]研制了固廢注漿加固材料，利用COMSOL模擬軟件建立了三維流固耦合兩相滲流模型，揭示了注漿漿液的擴(kuò)散形貌；WENG等[12]利用LF-NMR技術(shù)綜合分析了不同溫度、圍壓、流速和裂縫數(shù)下注漿量、有效注漿時間和灌漿速度等對注漿擴(kuò)散規(guī)律的影響；戚緒堯等[13]建立了任意傾角下有限邊界裂隙注漿擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型，探究了不同影響因素下漿液的擴(kuò)散形態(tài)及壓力場變化規(guī)律；李術(shù)才等[14-15]和陳金宇[16]采用理論、試驗和模擬的手段綜合分析了考慮漿液黏度時變性的注漿擴(kuò)散形態(tài)及壓力場時空分布規(guī)律；魏建平等[17]構(gòu)建了漿液對裂隙煤體的堵漏降滲的變質(zhì)量滲流模型，從注漿漿液運移和顆粒沉積的角度揭示了注漿漿液封堵煤體裂隙機(jī)制；付中華[18]提出了基于Weibull分布的裂隙非均質(zhì)性表征模型，探究了不同煤體裂隙非均質(zhì)特征參數(shù)下的漿液滲透擴(kuò)散規(guī)律。

綜上所述，現(xiàn)有注漿擴(kuò)散研究主要側(cè)重于注漿擴(kuò)散模型構(gòu)建和注漿材料性能等方面，對不規(guī)則采空區(qū)條件下的注漿擴(kuò)散規(guī)律研究較少，同時缺乏相應(yīng)注漿加固技術(shù)應(yīng)用等方面的研究成果?；诖?，本文在收集山西寧武榆樹坡煤礦5106綜放面支架礦壓數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析了不規(guī)則采空區(qū)下特厚煤層綜放面礦壓顯現(xiàn)特征，建立了綜放面隨機(jī)裂隙加固注漿模型，分析了煤體不同裂隙特征參數(shù)的漿液羽狀擴(kuò)散規(guī)律，揭示了三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿增注機(jī)理，建立了綜放面注漿鉆孔布局及裂隙彌合時效控制方法，形成三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿加固技術(shù)。研究成果對破解不規(guī)則采空區(qū)下特厚煤層綜放面礦壓控制難題、促進(jìn)特厚煤層綜放面的安全高效開采，以及類似條件礦井具有重要的理論意義和工程價值。

1 不規(guī)則采空區(qū)下特厚煤層綜放開采概況

1.1 特厚煤層綜放面采礦工程地質(zhì)概況

山西寧武榆樹坡煤礦位于寧武縣城東北約2 km處，生產(chǎn)能力為1.20 Mt/a，礦井采用斜井開拓方式，包括主斜井、副斜井和回風(fēng)立井，礦井主采2號煤層和5號煤層，輔助水平5號煤層采用暗斜井開拓，共施工3條暗斜井，分別為膠帶暗斜井、輔運暗斜井和回風(fēng)暗斜井，礦井為中央并列式通風(fēng)，5106綜放面位于5號煤層一采區(qū)，綜放面布置如圖1所示。

圖1 5106綜放面布置圖Fig. 15106 fully-mechanized caving face layout diagram

5106綜放面標(biāo)高為900～1011 m，埋藏深度為346～447 m，煤層厚度為14.5～16.9 m，平均15.5 m，煤層傾角為1°～11°，頂?shù)装鍘r性大多為砂質(zhì)泥巖與粉砂巖（圖2和表1）。5106綜放面第一段和第二段傾斜長度分別為168 m和203 m，可采走向長度分別為156 m和640 m，可采走向長度總計796 m，可采儲量2667 849 t。另外，5106綜放面上方為2號煤層1202采空區(qū)及舊回風(fēng)巷、1204采空區(qū)、1208采空區(qū)和1210采空區(qū)等，且2號煤層與5號煤層平均間距68 m，在2號煤層不規(guī)則采空區(qū)的影響下5106綜放面巖層運移規(guī)律復(fù)雜，因此，榆樹坡煤礦具備不規(guī)則采空區(qū)下近距離煤層特厚綜放開采的特點，非常具有代表性。

表1 煤層頂?shù)装逄卣鞅鞹able 1 Characteristics of coal seam roof and floor

圖2 煤層柱狀圖Fig. 2 Histogram of coal seam

1.2 不規(guī)則采空區(qū)下特厚煤層綜放面礦壓顯現(xiàn)特征

5106綜放面上方對應(yīng)2號煤層1202工作面、1208工作面的采空區(qū)和保護(hù)煤柱，因此，5106綜放面位于不規(guī)則采空區(qū)下方，且煤柱周圍屬于高應(yīng)力聚集區(qū)，導(dǎo)致5106綜放面開采過程中礦壓顯現(xiàn)劇烈，為了保證工作面的安全生產(chǎn)，對榆樹坡煤礦5106綜放面進(jìn)行了礦壓觀測，得出了5106綜放面回采期間各支架工作阻力時空分布情況，如圖3所示。

圖3 5106綜放面支架阻力時空分布圖Fig. 3 The space-time distribution map of support resistance in 5106 fully-mechanized caving face

由圖3可知，回采期間工作面支架壓力情況整體呈現(xiàn)出“兩端小、中間大”的趨勢，其中，壓力云圖峰值處可判斷為頂板破斷位置。由于井下頂板結(jié)構(gòu)的各向異性與復(fù)雜性，不同推進(jìn)距離位置工作面方向支架工作阻力分布特征有著明顯差異，推進(jìn)150～230 m、250～350 m和380～500 m期間工作面支架壓力明顯較其他區(qū)域顯著，壓力顯現(xiàn)更加突出，導(dǎo)致這些區(qū)域綜放面架段頂板破碎且拖頂困難。為解決上述問題提出了裂隙彌合時效注漿加固控制技術(shù)。

2 特厚煤層綜放開采圍巖注漿擴(kuò)散規(guī)律

2.1 破碎煤體注漿擴(kuò)散模型及方案設(shè)計

采用COMSOL Multiphysics模擬軟件對不同注漿壓力、不同注漿時間和不同裂隙特征參數(shù)條件下注漿擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行模擬分析，另外，煤體孔隙率采用

為了研究漿液流動形態(tài)、擴(kuò)散半徑與注漿壓力、煤體孔隙率和裂隙特征參數(shù)之間的規(guī)律，采用三角鋸齒形波設(shè)定了脈沖注漿壓力，采用隨機(jī)參數(shù)定義了煤體孔隙率，并采用DFN模型建立了綜放面破碎煤體隨機(jī)裂隙。煤體加固注漿模型尺寸為4 m×4 m，鉆孔直徑為34 mm，破碎煤體注漿擴(kuò)散模型網(wǎng)格劃分，如圖4所示。另外，注漿擴(kuò)散模擬方案，見表2。

表2 注漿擴(kuò)散模擬方案Table 2 Grouting diffusion simulation scheme

圖4 破碎煤體注漿擴(kuò)散模型Fig. 4 Grouting diffusion model of broken coal

通過布置1#測線和1#測點去定量分析注漿擴(kuò)散規(guī)律，模型水平1#測線的左右端點坐標(biāo)為（-2 m，0 m）和（2 m，0 m），鉆孔邊界1#測點坐標(biāo)為（0.017 m，0 m）。并采用可用飽和度描述注漿擴(kuò)散規(guī)律，另外，采用等效擴(kuò)散半徑re評價注漿擴(kuò)散效果，其計算見式（2）。

式中，Sl為注漿擴(kuò)散面積，m2。

2.2 注漿擴(kuò)散特征及其影響因素分析

1）注漿擴(kuò)散與裂隙特征參數(shù)之間的規(guī)律。煤層裂隙可以引導(dǎo)料漿的擴(kuò)散軌跡，從而影響料漿的擴(kuò)散規(guī)律，裂隙特征參數(shù)的選擇尤其重要，即設(shè)置裂隙條數(shù)為0條、50條、100條、150條和200條，通過計算得出不同裂隙特征參數(shù)條件下料漿的擴(kuò)散規(guī)律，如圖5所示。

圖5 不同裂隙特征參數(shù)注漿擴(kuò)散規(guī)律Fig. 5 Grouting diffusion rule with different fracture characteristic parameters

由圖5可知，DFN模型生成的隨機(jī)裂隙能夠在模型內(nèi)部均勻分布，且不同裂隙數(shù)量對應(yīng)的模型網(wǎng)格大小均小于0.4 m，模型網(wǎng)格劃分差異性較小，即不同方案對應(yīng)的模型間的計算誤差較小。注漿擴(kuò)散形狀受裂隙分布的影響，且隨著裂隙數(shù)量的增加注漿擴(kuò)散形狀從初始的圓形轉(zhuǎn)變?yōu)榱严兑龑?dǎo)的不規(guī)則羽狀，但當(dāng)裂隙數(shù)量超過100條之后，注漿擴(kuò)散形狀整體呈現(xiàn)圓形。模型水平1#測線上料漿飽和度隨裂隙數(shù)量變化表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律：當(dāng)裂隙數(shù)量為0條時，鉆孔左右區(qū)域飽和度呈對稱分布；當(dāng)裂隙數(shù)量為50條和100條時，鉆孔左右區(qū)域飽和度分布開始出現(xiàn)差異性；當(dāng)裂隙數(shù)量為150條和200條時，鉆孔左右區(qū)域飽和度開始逐漸呈對稱分布。

為了判斷出模型裂隙的代表數(shù)量，降低裂隙隨機(jī)生成而產(chǎn)生的計算誤差，選擇注漿擴(kuò)散面積占比及等效擴(kuò)散半徑與裂隙數(shù)量之間的關(guān)系，分析裂隙數(shù)量對注漿擴(kuò)散的影響規(guī)律，如圖6所示。

圖6 注漿擴(kuò)散面積占比及re隨裂隙數(shù)量變化曲線Fig. 6 Grouting diffusion area proportion and re change curves with the number of cracks

由圖6可知，注漿擴(kuò)散面積占比隨裂隙數(shù)量的增加呈快速升高后趨于穩(wěn)定的變化趨勢，當(dāng)裂隙數(shù)量為100條、150條和200條時，注漿擴(kuò)散面積占比均穩(wěn)定在84%，因此，當(dāng)裂隙數(shù)量超過100條時，模型間的隨機(jī)誤差較小。料漿等效擴(kuò)散半徑隨裂隙數(shù)量的增加也呈現(xiàn)出快速升高后趨于穩(wěn)定的變化趨勢，同樣當(dāng)裂隙數(shù)量為100條、150條和200條時，料漿等效擴(kuò)散半徑均穩(wěn)定在2.07 m，因此，當(dāng)裂隙數(shù)量超過100條時，模型間的隨機(jī)誤差較小。

綜上所述，結(jié)合裂隙對注漿擴(kuò)散規(guī)律、注漿擴(kuò)散面積占比及等效擴(kuò)散半徑的影響規(guī)律，確定出模型裂隙特征參數(shù)的代表數(shù)量為200條。

2）注漿擴(kuò)散與注漿壓力之間的規(guī)律。注漿壓力是漿液在介質(zhì)內(nèi)滲透擴(kuò)散的驅(qū)動力，注漿壓力的大小直接影響著注漿擴(kuò)散的范圍，為分析不同注漿壓力對注漿擴(kuò)散范圍的影響，選擇方案6、方案7、方案8和方案9對應(yīng)的數(shù)值模擬結(jié)果分析注漿擴(kuò)散與注漿壓力之間的規(guī)律，如圖7所示。

圖7 注漿擴(kuò)散面積占比和re隨時間變化曲線Fig. 7 Grouting diffusion area proportion and re change curves with time

由圖7可知，注漿擴(kuò)散面積占比數(shù)值隨注漿時間的增加而增大，且在注漿前期注漿擴(kuò)散面積占比數(shù)值呈線性增加的趨勢，之后會出現(xiàn)快速升高的現(xiàn)象，最后，隨著注漿時間的不斷增加，注漿擴(kuò)散面積占比逐漸趨于穩(wěn)定。不同注漿壓力時，注漿擴(kuò)散面積占比曲線斜率表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律：在注漿壓力從4 MPa增加至10 MPa過程中，注漿擴(kuò)散面積占比曲線斜率逐漸增大，且注漿壓力越大在注漿20～30 min時間內(nèi)斜率突增越明顯。料漿等效擴(kuò)散半徑與注漿擴(kuò)散面積占比具有相同的變化規(guī)律。另外，當(dāng)注漿壓力為4 MPa和6 MPa時，注漿2 h后料漿等效擴(kuò)散半徑均超過2 m，當(dāng)注漿壓力為8 MPa和10 MPa時，料漿等效擴(kuò)散半徑達(dá)到2 m需要消耗的時間分別為105 min和85 min。

綜上所述，當(dāng)注漿鉆孔間距為2 m時，注漿壓力為8 MPa較為合宜，且每個注漿鉆孔的注漿時間應(yīng)該超過105 min。

3）注漿擴(kuò)散隨注漿時間的演化規(guī)律。根據(jù)注漿擴(kuò)散與注漿壓力之間的關(guān)系選擇方案8（注漿壓力為8 MPa，裂隙特征參數(shù)為200條，無脈沖注漿）去分析注漿擴(kuò)散隨注漿時間的演化規(guī)律和不同注漿時間擴(kuò)散面積占比及等效擴(kuò)散半徑變化，如圖8所示。

圖8 不同注漿時間注漿擴(kuò)散規(guī)律Fig. 8 Law of grouting diffusion at different grouting times

由圖8可知，隨注漿時間的增加，注漿擴(kuò)散范圍逐漸增大，在注漿鉆孔附近料漿飽和度最大，并沿著注漿鉆孔整體呈現(xiàn)圓形擴(kuò)散趨勢，且沿裂隙發(fā)育路徑羽狀擴(kuò)散形式也逐漸顯現(xiàn)。隨著注漿時間的增加，注漿擴(kuò)散面積占比和注漿擴(kuò)散等效半徑逐漸增加，當(dāng)注漿30 min、75 min和120 min時，注漿擴(kuò)散面積占比依次為38.79%、71.34%和81.13%，注漿擴(kuò)散等效半徑依次為1.41 m、1.91 m和2.03 m。注漿擴(kuò)散面積超過模型整個面積的一半時，需要消耗約39 min，此時，料漿等效擴(kuò)散半徑為1.60 m；當(dāng)注漿105 min后，注漿擴(kuò)散至模型邊界，此時，注漿擴(kuò)散面積占比為78.58%。

綜上所述，當(dāng)注漿120 min后，注漿擴(kuò)散面積超過整個模型面積的80%，因此，當(dāng)注漿鉆孔間距為2 m、注漿壓力為8 MPa時，每個注漿鉆孔的注漿時間可以選為120 min。

4）三角鋸齒形波脈沖注漿效果分析。脈沖注漿能夠迫使煤層內(nèi)部的裂隙劈裂和小裂隙張開，形成新的擴(kuò)散通道，促進(jìn)裂隙網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展[18]，從而能夠改造煤層裂隙的過流能力，改變漿液在裂隙中的流動特性，三角鋸齒形波脈沖注漿擴(kuò)散規(guī)律，如圖9所示。由圖9可知，三角鋸齒形波脈沖注漿擴(kuò)散范圍隨注漿時間的增加而逐漸擴(kuò)大，且相較于恒定壓力注漿，在相同注漿時間范圍內(nèi)，三角鋸齒形波脈沖注漿擴(kuò)散范圍增加的較快。隨著注漿時間的增加，注漿擴(kuò)散面積占比和注漿擴(kuò)散等效半徑逐漸增加，且相較于恒定壓力注漿，在相同注漿時間范圍內(nèi)三角鋸齒形波脈沖注漿擴(kuò)散面積占比和注漿擴(kuò)散等效半徑增加較快。注漿擴(kuò)散面積超過模型整個面積的一半時，僅需要消耗約29 min，比恒定壓力注漿提前了10 min。另外，當(dāng)注漿時間為79 min時，等效擴(kuò)散半徑為2 m，較恒定壓力注漿提前了26 min，注漿擴(kuò)散速率提升約25%，即三角鋸齒形波脈沖注漿擴(kuò)散距離更遠(yuǎn)，注漿擴(kuò)散效果更好。

圖9 脈沖注漿條件下擴(kuò)散面積占比及re隨時間變化曲線Fig. 9 Diffusion area proportion and re change curves with time under pulse grouting condition

通過導(dǎo)出模型水平1#測線上的飽和度和壓力，得出了三角鋸齒形波脈沖注漿特性，如圖10所示，從而分析三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿增注機(jī)理。

圖10 模型水平1#測線上脈沖注漿特性Fig. 10 Characteristics of pulse grouting on measuring line 1# of model level

由圖10可知，模型水平1#測線上料漿飽和度大部分區(qū)域均超過了0.5，且在鉆孔左右區(qū)域飽和度對稱分布較為明顯，且右側(cè)的差異性分布得到進(jìn)一步的削弱，因此，三角鋸齒形波脈沖注漿能夠弱化裂隙分布形態(tài)的影響。模型水平1#測線上的壓力在逐漸遠(yuǎn)離注漿鉆孔過程中，數(shù)值開始出現(xiàn)快速降低后趨于穩(wěn)定，并在三角鋸齒形波脈沖壓力作用下模型水平1#測線上的壓力出現(xiàn)了明顯的周期性變化規(guī)律。

綜上所述，根據(jù)三角鋸齒形波脈沖注漿效果分析可知，脈沖注漿較恒壓注漿效果較好，為進(jìn)一步揭示三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿增注機(jī)理，繪制了三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿增注機(jī)理，如圖11所示。

圖11 三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿增注機(jī)理Fig. 11 Increase mechanism of triangle sawtooth dynamic cyclic pulse grouting

由圖11可知，三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿能夠有效開啟裂隙，從而增加煤體滲透性，三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿增注機(jī)理為三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿利用脈沖壓力的加卸載特性，煤體裂隙處于疲勞損傷狀態(tài)，損傷累計會使裂隙尖端開啟，能夠與其他裂隙溝通，從而形成裂隙網(wǎng)絡(luò)，增加了煤體的滲透性。三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿能夠利用脈沖壓力的高循環(huán)、低壓實現(xiàn)對裂隙壁面的張開閉合，可通過閉合裂隙實現(xiàn)漿液的輸送，從而提高料漿的擴(kuò)散范圍。三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿能夠保持漿液的均勻性，弱化漿液黏度的時變性，脈沖壓力的變化能夠使得漿液處于紊流狀態(tài)，在紊亂多變的剪切力作用下，漿液攜帶的顆粒始終處于非平衡受力狀態(tài)，顆粒的重力不能抗衡多變剪切力的作用，其運動方向和運動速度持續(xù)變化。因此，漿液顆粒不會發(fā)生沉降、離析，漿液能保持較好的均勻性。同時，漿液黏度與漿液運動速度和料漿的材質(zhì)息息相關(guān)，漿液均勻性增加也在一定程度上削弱了漿液黏度隨時間增大的性質(zhì)，這也使得漿液對受注煤體的加固效果提升。

3 圍巖注漿加固技術(shù)及工程應(yīng)用效果

3.1 三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿加固方法

在上覆不規(guī)則采空區(qū)空間分布影響下，綜放面煤體原始應(yīng)力被打破，且隨著工作面的不斷推進(jìn)，煤體破壞形成一個動態(tài)破壞過程，導(dǎo)致煤體內(nèi)部裂隙出現(xiàn)張開和閉合的現(xiàn)象，而裂隙的發(fā)育會直接影響注漿擴(kuò)散范圍，因此，注漿時機(jī)的選擇尤為重要，注漿鉆孔布局及裂隙彌合時效控制流程，如圖12所示。

圖12 注漿鉆孔布局及裂隙彌合時效控制方法Fig. 12 Layout of grouting hole and aging control method of crack healing

1）模型構(gòu)建：首先，基于DNF模型、脈沖注漿、Dracy模型和微積分學(xué)等理論基礎(chǔ)構(gòu)建出三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿加固數(shù)值模型，模型主要包括隨機(jī)裂隙、孔隙率構(gòu)建以及注漿鉆孔和煤體。

2）參數(shù)設(shè)置：漿料性質(zhì)、脈沖壓力、注漿時效和鉆孔布置直接影響注漿加固的效果，因此，模型構(gòu)建后需要將料漿性能參數(shù)的實驗室測試結(jié)果導(dǎo)入數(shù)值模型，并根據(jù)影響因素設(shè)定裂隙特征參數(shù)、注漿壓力和脈沖參數(shù)等。

3）評價方法：根據(jù)不同研究方案模擬結(jié)果計算注漿擴(kuò)散面積，并根據(jù)式（2）得出等效擴(kuò)散半徑re，通過分析注漿擴(kuò)散與裂隙特征參數(shù)之間的關(guān)系，得出代表性裂隙特征參數(shù)，然后根據(jù)注漿擴(kuò)散與注漿壓力、注漿時間及脈沖注漿之間的關(guān)系分析效果應(yīng)用情況，確定最優(yōu)的注漿工藝參數(shù)，并進(jìn)行現(xiàn)場工程應(yīng)用，根據(jù)應(yīng)用效果提出技術(shù)改進(jìn)措施，重復(fù)以上步驟，從而得出最優(yōu)的三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿加固技術(shù)。

3.2 圍巖注漿加固工程應(yīng)用效果分析

榆樹坡煤礦5106運輸順槽在切眼前方363～698 m范圍內(nèi)處于上覆1202采空區(qū)西側(cè)煤柱下方，受疊加應(yīng)力影響，巷道超前范圍煤壁破碎，并且在工作面推進(jìn)時受煤柱應(yīng)力影響，煤壁片幫嚴(yán)重，因此，在5106運輸順槽內(nèi)超前工作面通過架前注漿與巷道注漿進(jìn)行加固，提高煤層及巷道圍巖完整性。

三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿加固步驟：斜交巷道兩幫傾斜5°～10°打6 m深鉆孔，鉆孔間距為2 m，注射封孔器置于孔口往里1.5 m處，注漿鉆孔直徑為40 mm，鏈接注漿管后，通過注漿泵配合三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖壓力將A料、B料注入煤體，實現(xiàn)破碎煤體的加固，并對破碎煤體注漿加固情況進(jìn)行觀測，現(xiàn)場注漿工藝及效果實拍，如圖13所示。

圖13 現(xiàn)場注漿工藝及效果實拍圖Fig. 13 Real picture of in-situ grouting process and effect

由圖13可知，對比注漿前后鉆孔窺視結(jié)果，未注漿煤體內(nèi)裂隙較為發(fā)育，煤層完整性較差；注漿后煤體內(nèi)裂隙被有效填充，無明顯裂隙，加固效果顯著，因此，三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿加固方案設(shè)計較合理，且實施效果較好。

4 結(jié) 論

1）綜放面回采期間支架整體呈現(xiàn)出“兩端小、中間大”的趨勢，其中，壓力云圖峰值處可判斷為頂板破斷位置，由于井下頂板結(jié)構(gòu)的各向異性與復(fù)雜性，不同推進(jìn)距離位置工作面方向支架工作阻力分布特征有著明顯差異，推進(jìn)150～230 m、250～350 m和380～500 m期間工作面支架壓力明顯較其他區(qū)域顯著，壓力顯現(xiàn)更加突出。

2）結(jié)合裂隙對注漿擴(kuò)散規(guī)律、注漿擴(kuò)散面積占比及等效擴(kuò)散半徑的影響規(guī)律，確定出模型裂隙特征參數(shù)的代表數(shù)量為200條；當(dāng)注漿鉆孔間距為2 m時，注漿壓力為8 MPa較為合宜，且每個注漿鉆孔的注漿時間應(yīng)該保證在105～120 min之間。

3）三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿利用脈沖壓力的加卸載特性，煤體裂隙處于疲勞損傷狀態(tài)，損傷累計會使裂隙尖端開啟，能夠與其他裂隙溝通，從而形成裂隙網(wǎng)絡(luò)，增加了煤體的滲透性，形成了三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿加固方法。

4）通過現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)工作面煤壁完整性較好，煤壁未出現(xiàn)片幫的情況，同時煤體裂隙被充分充填，提高了煤體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低了煤壁片幫的發(fā)生概率，加固效果顯著，因此，三角鋸齒形動態(tài)循環(huán)脈沖注漿加固方案設(shè)計較合理，且實施效果較好。