陶二煤矿工作面超前顶板注浆技术研究与应用＊

刘 凯 周洪文 杨子华 李晓虎

（1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北省武汉市，430070；2.冀中能源邯矿集团陶二煤矿，河北省邯郸市，056200）

陶二煤矿工作面超前顶板注浆技术研究与应用＊

刘 凯1，2周洪文1杨子华2李晓虎1

（1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北省武汉市，430070；2.冀中能源邯矿集团陶二煤矿，河北省邯郸市，056200）

邯郸矿业集团陶二煤矿2212工作面属于煤与瓦斯突出危险区域，随着采深的增加，工作面集中应力增大，煤层及顶板被挤压，出现破碎、松散和局部漏顶现象。经过对该工作面的现场调研，决定对未采动区域采取由上巷向工作面打设长距离钻孔进行预注浆加固充填的措施来解决工作面漏顶等问题。工作面共设计5个长距离钻孔，共注浆18 t，有效控制30 m范围内的顶板破碎，保证了安全生产的顺利进行。

回采工作面 顶板注浆 超前支护 破碎带处理

1 工程概况

1.1 工作面概况

邯郸矿业集团陶二煤矿2212工作面位于首采区上山北翼，北邻采空区，西邻2210工作面，东邻2214工作面（未开采），南邻首采运输上山。工作面走向长550 m，倾斜长约120 m，工作面标高为－486～－538 m，工作面平面位置示意图见图1。煤层埋深613～677 m，工作面与上覆1＃煤层间距8～22 m。

工作面地表为梯田，地表标高＋127～＋139 m，有少量基岩出露，地势东低西高，地面有一条沁水河。

在上下巷及切眼掘进过程中，共揭露出18条断层。其中上巷过6条断层，有3条落差较大的断层；下巷过3条断层；中间巷过7条断层，切眼过2条断层。巷道在过F12断层时造成冒顶，F17断层落差较大，造成上切眼有10 m全岩巷道，破顶总长度达到30 m，坡度大于30°的巷道有37 m长。工作面在回采过程中还揭露小落差的断层，对回采有一定影响。

图1 2212工作面平面位置示意图

工作面所在2＃煤层基本稳定，煤层厚度2.8～4.5 m，平均煤厚3.1 m，为复杂结构煤层。工作面属于高瓦斯区域，煤层绝对瓦斯涌出量20 m3/min。

1.2 工作面生产技术条件

2212工作面采用一次采全高走向长壁全部垮落综合机械化采煤法。工作面上下平巷均采用锚网梁加锚索联合支护，超前工作面煤壁20 m采用DW28－250/100和DW25－250/100型单体液压支柱配合DJB－1000型铰接顶梁进行超前支护，工作面顶板支护采用ZY6000/21/42型液压支架，共80架，选用MG300/700－WD1型双滚筒可调高采煤机落煤，运输采用SGZ764/400型中双链可弯曲刮板输送机。

1.3 问题的提出

随着工作面的推进，工作面不断遇到断层、破碎带等构造，构造区域范围内煤层及顶底板被挤压，出现破碎、松散和局部漏顶现象。

工作面推进300 m后，在液压支架70＃～80＃架位置处，由于地质构造影响，工作面上部的煤层倾角由最初的18°变为35°，顶板出现破碎现象。采煤机割煤后，出现片帮、顶板掉矸，造成架前空顶，支架下倒，给生产带来了严重影响。

经过现场调查分析，决定对未采动区域，采取由上巷向工作面打长距离钻孔，进行预注浆加固充填技术来解决上述问题。

2 工程实践

2.1 设计原理

预注浆加固充填技术主要应用于顶板破碎，极易造成冒顶、片帮现象的工作面。通过对顶板破碎区域数据收集、分析，经计算后，根据浆液扩散半径，将注浆孔均匀布置于破碎顶板内，通过浆液有效地将破碎顶板胶结在一起，使破碎顶板重新形成一个整体。

2.2 钻孔设计

为准确计算出注浆孔的布置情况，首先对现场70＃～80＃架处的顶板高差测量。由80＃架处开始，测量至70＃架处，每5 m一组，共测得3组数据，高差分别为2.8 m、2.9 m和2.7 m，共8.4 m，坡度平均达35°；上巷工作面向前30 m基本为平巷。根据这些数据得出注浆材料扩散半径不小于2.0 m，经计算后确定为5个注浆孔。1＃孔开孔位置距工作面25 m，2＃孔开孔位置距1＃孔4 m，3＃孔距2＃孔2 m，4＃孔距3＃孔2 m，5＃孔距4＃孔2.5 m，终孔位置均位于煤层顶板向上2.0 m处，见图2。

图2 注浆孔参数平面设计图

2.3 注浆孔施工

经计算确定注浆孔参数后，在工作面上巷进行打孔作业。选用型号为ZK－150钻机，孔径ø60 mm。注浆管采用ø32 mm无缝钢管，每根管长度2.0 m，采用丝扣箍连接。为了保证注浆效果，使浆液能很好地注入破碎顶板内，注浆管必须做成花管，即在注浆管壁上进行打孔，打成孔径为8 mm、间距为200 mm的对穿孔。为防止跑浆，孔口管2.0 m不打孔。封孔采用蛇皮管，封孔长度为2.0 m。下管深度为全长孔深，钻孔施工进程中，要保证钻场的风量充足，水路畅通，防止有害气体积聚。

因2212工作面属于高瓦斯地区，故禁止使用易自燃的注浆材料。经过反复试验，最终确定选用瑞米加固Ⅱ号浆，该材料扩散半径不小于2.0 m，符合施工要求。根据材料性质，要求终孔位置位于煤层顶板向上2.0 m处， 注浆压力为4～7 MPa。

正是因为防突措施的实施，决定采用防突打钻设备进行顶板注浆作业，这样既避免了打钻技术的不足，又减少了设备的运输与安装，大大降低了劳动量，为顶板注浆打孔作业提供了有利条件。

通过注浆后，破碎顶板很好地胶结在一起，重新形成一个整体，有效控制了破碎顶板带来的一系列问题，从而确保了该工作面的安全正常生产。

2.4 注意事项

（1）为避免成孔后因顶板来压、地应力增大等因素造成钻孔堵塞，施工过程中，要求每打成一个注浆孔，要及时下注浆管进行注浆。当第一个孔开始注浆时，再进行下一个钻孔的施工。这样，既保证了成孔率，又提高了工作效率。

（2）注浆前跟班瓦斯员检测注浆地点前后20 m处瓦斯浓度，并安装好两个防尘水管待用，注浆现场及浆液存放地点各配备2台灭火器。

［1］ 王军辉，张丰，胡绍勇等.切眼过老巷破碎顶板注浆加固技术研究与应用［J］.煤矿现代化，2010（3）

［2］ 杨江华.综采工作面破碎顶板预注浆加固技术研究［J］.科技资讯，2010（2）

［3］ 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监督局.煤矿安全规程［M］.北京：煤炭工业出版社，2009

The study and application of the advance roof grouting technology at the working face of Taoer Coal Mine

Liu Kai1，2，Zhou Hongwen1，Yang Zihua2，Li Xiaohu1
（1.School of Science，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei 430070，China；2.Taoer Coal Mine，Handan Coal Mining Group，Jizhong Energy Group，Handan，Hebei 056200，China）

2212 work face of Taoer Coal Mine of the Handan Mining Group belongs to the danger zone that gas outburst may happen，with the increasing of the mining depth and the accretion of the work face＇s concentrated stress，the coal bed and roof are squeezed and crushed，friable and some parts become leaky roof.After the site investigation on this work face，a long hole from the top lane to the work face on the none mining area was digged，by use the pre-grouting filling technology，the issues of the broken and leak of the roof and some other questions have been solved.By drilling 5 long distance holes，and grouting 18 t to parts of the broken roof on the work face，the roof breakage section within the scope of 30 m was controlled efficiently.Ensured the smoothly proceeding of the production.

coal face，roof grouting，advanced supporting，fracture zone processing

TD327.2

A

国家“十二五”科技支撑计划重点项目（编号2011BAB05B00）

刘凯（1983－），男，硕士，在读研究生。助理工程师，曾在邯郸矿业集团陶二矿技术科工作。

（责任编辑 张毅玲）