李穎博

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉城公司，山西 晉城 048000）

在回采煤炭時(shí)經(jīng)常會(huì)碰到斷層這種地質(zhì)構(gòu)造，頂板冒落、煤壁片幫等問題在綜采工作面過斷層破碎帶時(shí)時(shí)常發(fā)生，嚴(yán)重威脅煤炭回采安全。在該過程中，通過相關(guān)措施改良破碎及不穩(wěn)定的煤巖體情況，有利于煤炭安全回采。因此，本文通過研究分析晉能控股煤業(yè)集團(tuán)某礦97309綜采工作面過斷層的狀況，應(yīng)用超前注漿加固技術(shù)來加固斷層破碎煤巖體，從而實(shí)現(xiàn)綜采工作面安全通過斷層。

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)某礦97309綜采工作面，走向長(zhǎng)和傾斜長(zhǎng)分別為690m、180m，回采9號(hào)煤，埋深和煤層厚度分別為390m、1.6m，傾角3°。如表1所示，其頂?shù)装鍘r性主要為砂巖。

表1 9號(hào)煤頂板巖性及底板巖性情況表

煤炭回采區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的判定主要可通過回采巷道揭露地質(zhì)狀況獲取。DF41和DF102斷層在進(jìn)風(fēng)巷97217 巷掘進(jìn)期間揭露，據(jù)后期物探和鉆探成果可知，DF41斷層(H=0.5～1.0m，257°，∠58°)在回采至351.3m時(shí)揭露，DF102斷層(H=1.2～2.5 m，223°，∠49°)在回采至629.8m時(shí)揭露；DF32斷層在輔助進(jìn)風(fēng)及運(yùn)輸巷道97219巷進(jìn)期間揭露，據(jù)后期物探和鉆探成果可知，DF32斷層(H=1.0～2.1m，213°，∠30°)在采面回采至260m 時(shí)會(huì)揭露；主回風(fēng)巷97220巷掘進(jìn)期間沒有斷層揭露。綜采工作面過斷層時(shí)極易發(fā)生圍巖破碎冒落及煤壁片幫事故。

2 注漿加固方案

2.1 注漿加固材料

為了減少注漿加固成本，本文采用新型的無機(jī)加固材料即凱密安材料，以加強(qiáng)斷層周圍破碎煤巖體強(qiáng)度。該材料對(duì)破碎煤巖體的膠結(jié)效果良好，且膠結(jié)期間產(chǎn)熱較少。凱密安材料由A 和B 兩種漿液組成，漿液混合3～10min 后即會(huì)膠結(jié)，漿液凝結(jié)強(qiáng)度在其按水灰比0.8∶1混合1h后高達(dá)8MPa以上，足以滿足井下破碎煤巖體加固需求。如表2所示為注漿材料性能參數(shù)。

表2 注漿材料性能情況表

2.2 注漿加固鉆孔布置

通常注漿鉆孔布置方式有兩種：①回采巷道內(nèi)超前注漿。該注漿鉆孔布置方式需對(duì)斷層賦存參數(shù)及延展?fàn)顩r進(jìn)行準(zhǔn)確把控，但可減弱注漿對(duì)采面回采的影響。②一種是采面內(nèi)注漿。該方式的優(yōu)點(diǎn)在于可使注漿精準(zhǔn)性提升，漿液消耗量下降，但通常注漿會(huì)對(duì)采面推進(jìn)有部分影響。

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)該礦生產(chǎn)任務(wù)艱巨，為了不影響礦井生產(chǎn)進(jìn)程，其注漿加固后不能影響采面快速推進(jìn)。因此，對(duì)斷層影響帶內(nèi)破碎煤巖體進(jìn)行加固的方式采用在回采巷道內(nèi)超前注漿方式。

2.2.1 鉆孔布置及封孔

DF41、DF102斷層在97217巷(進(jìn)風(fēng)巷)掘進(jìn)期間揭露，DF32斷層在97219巷（輔助進(jìn)風(fēng)及運(yùn)輸巷道）掘進(jìn)期間揭露，因此，分別在97217巷和97219巷布置注漿孔對(duì)揭露的這3 條斷層進(jìn)行10m 范圍內(nèi)的加固。本文以加固DF41斷層破碎帶為例，設(shè)計(jì)注漿加固鉆孔布置參數(shù)。

在97217 巷內(nèi)，分兩排布置注漿加固鉆孔，第一排鉆孔的作用主要為加固斷層影響帶內(nèi)破碎煤體，設(shè)置在距離巷道底板1.0m處；第二排鉆孔的作用主要為加固破碎帶內(nèi)巖層，設(shè)置在距離巷道底板2.5m。第一排鉆孔仰角為1°～2°，鉆孔孔深為65m；第二排鉆孔仰角為3°～4°，鉆孔孔深65m；實(shí)現(xiàn)對(duì)斷層在采面發(fā)育區(qū)域的全覆蓋注漿。如圖1所示，為注漿鉆孔布置。

圖1 注漿孔布置示意圖

如圖2所示，本文注漿鉆孔封孔采用“兩堵一注”結(jié)構(gòu)，采用雙液速凝材料作為封孔材料，其封孔長(zhǎng)度為6m，以直徑20m的無縫鋼管作為封孔管。

圖2 “兩堵一注”封孔結(jié)構(gòu)

2.2.2 注漿參數(shù)

（1）注漿壓力。注漿壓力與注漿效果息息相關(guān)，壓力過小則注漿效果較差，壓力過大則會(huì)造成煤巖體產(chǎn)生裂隙以及鉆孔漏漿嚴(yán)重現(xiàn)象。綜合礦井之前的注漿情況及現(xiàn)場(chǎng)試注狀況，注漿選取高壓注漿方式，8～10MPa注漿壓力，若鉆孔漏漿嚴(yán)重則調(diào)至6MPa注漿壓力。

（2）注漿量。注漿壓力、注漿長(zhǎng)度以及煤巖體裂隙擴(kuò)展?fàn)顩r等都對(duì)注漿量有影響，單個(gè)注漿孔注漿量大概控制在450kg左右。

3 注漿效果

如圖3所示，通過凱密安注漿加固DF41斷層破碎帶后，注漿漿液填滿了巖層裂隙，有效提升了破碎煤巖體強(qiáng)度及穩(wěn)定性。完成97217巷注漿后，安裝窺視鉆孔對(duì)注漿加固效果進(jìn)行觀察分析。

圖3 鉆孔窺視圖

當(dāng)采面回采過DF41斷層破碎帶時(shí)，記錄其對(duì)頂板及煤壁的穩(wěn)定性，盡管該過程處于仰斜開采，但煤壁片幫、頂板冒落現(xiàn)象均未發(fā)生。結(jié)果證明，97217 巷進(jìn)行超前注漿后，其斷層破碎帶煤巖體穩(wěn)定性顯著提高，有利于采面更安全快速地過斷層。

4 結(jié)論

（1）97309 綜采工作面過斷層時(shí)需選用仰采方式，造成斷層破碎帶內(nèi)煤巖體破碎，煤壁大區(qū)域片幫、頂板冒落及架間漏頂現(xiàn)象極易發(fā)生，因此，要采取合適的加固措施，即在回采巷道內(nèi)布置鉆孔的措施加固斷層破碎帶煤巖體。

（2）以采面過DF41斷層為具體實(shí)例，研究分析其鉆孔布置方案、注漿參數(shù)及注漿效果等。實(shí)際應(yīng)用后，采面過斷層時(shí)未發(fā)生煤壁片幫、頂板冒落等問題，證明超前注漿技術(shù)方案應(yīng)用成果良好。

（3）在采面后期過斷層期間，可分別在以下位置布置注漿鉆孔（即97217 巷揭露DF102斷層處、97219 巷揭露DF32斷層處），通過加固斷層破碎帶保障綜采工作面安全通過。