东曲矿综采工作面采用注浆加固的研究与应用

苏 鑫

（西山煤电股份有限公司东曲矿，山西 古交 030205）

·技术经验·

东曲矿综采工作面采用注浆加固的研究与应用

苏 鑫

（西山煤电股份有限公司东曲矿，山西 古交 030205）

解决近距离煤层采空区下部回采工作面受上部煤柱的集中应力影响难题，对实现矿井安全高效生产具有重要的理论意义和现实意义。针对近距离煤层采空区下方煤体受上部煤柱集中应力影响的问题，提出采用巴斯夫生产的美固MP364加固材料进行注浆加固，通过注浆使东曲矿14216综采工作面顺槽顶、帮围岩强度得到提高，充分发挥了围岩体的自身承载能力，保证了安全生产。

综采工作面；注浆加固；工程实践

由于煤层间距离较近，受上部煤层采动及残留区段煤柱影响，下部煤层裂隙发育、稳定性差；下煤层工作面回采时矿山压力显现强烈，破坏变形严重，维护困难，严重影响了矿井的安全生产。随着矿井生产水平的不断向深部延伸，矿山压力、地质构造等给顶板管理带来了很大的困难，生产条件日趋复杂，通常采用撞楔法、煤壁架梁护顶、铺金属网护顶等方法处理，都需要人员到煤壁侧操作，如果顶板再次垮落，破碎矸石下落，极易造成人员伤亡事故。近年来曾发生多起顶板事故，造成很大的经济损失。加固材料具有强度高、重量轻、高效、快速、安全等优良综合性能，解决了煤矿破碎顶板加固、煤帮加固等难题，为煤矿安全生产提供了保障。

1 概 况

1．1 工程概况

西山煤电股份公司东曲矿14216工作面位于4#煤二采区，采区布置有3条采区煤层巷道，靠工作面依次为二采4#煤辅运巷、二采2#煤集中皮带巷和二分区总回风巷，为二采区回采工作面服务。工作面采用双巷布置形式，轨道巷进风皮带巷回风。工作面切眼长158 m，轨道巷长1 383 m（工作面至二采辅运巷，高差-63．3m，工作面侧低）铺有24 kg／m型钢轨和枕木，枕木间距700 mm采用无极绳绞车运输；皮带巷长1 464 m（工作面至二采集中皮带巷，高差-72．7 m，工作面侧低）安装有SSJ-1200／2×315型皮带机。由于该工作面与2#煤层间距小，掘进时在层间距大于4．5 m的地带采用锚杆、锚索、金属网联合支护，矩形断面。在层间距小于4．5 m或遇顶板破碎、地质构造时采用锚棚支护梯形断面。工作面内还有一条中巷曾经是原14216轨顺；一条空巷和穿层巷道，曾是下一采集中皮带巷，回采时需提前进行维护。

东曲矿14216工作面皮带巷24～71 m，轨道巷0～20 m段上部为22108工作面和22106工作面间的保护煤柱，该区域段的顶板及煤帮的应力集中，导致工作面片帮及漏垮问题严重。针对上述情况该矿经分析论证，最后确定该工作面尝试采用化学注浆的方法来解决片帮、冒顶等问题，以减少工作面在继续向前推进过程中的隐患，见图1。

1．2 煤层概况

该工作面位于井下973水平二采区4#煤层，工作面标高940～1 012 m。该工作面南东为正在掘进的14218工作面；南西为未规划区；北西为已回采的14214工作面；北东为二采4#煤2号进风运料巷。

该工作面上部为2#煤运煤平巷与12220工作面、12218工作面保护煤柱，当回采至煤柱边缘时，应力比较集中。

图1 工作面注浆加固区域示意图

该工作面煤层结构复杂。煤层总厚度在3．45～4．7 m，平均煤层厚度3．51 m，中上部夹1～3层的薄层泥岩，煤层厚度变化较大，属稳定煤层。煤层倾角2°～6°。

1．3 顶底板岩性

顶底板岩性特征见表1。

表1 顶底板岩性特征

2 注浆固化改善巷道维护状况的机理

注浆加固是利用浆液把围岩的各弱面充实、重新胶结起来，改善围岩的物理力学性能，增强围岩自承载能力，从而提高围岩整体稳定性和力学性能。

2．1 提高围岩裂隙面的变形刚度和抗剪强度

按照工作面注浆加固实验结果，加固后提高了岩石裂隙面的刚度和强度，刚度的提高更为明显。改善了其力学性能，岩石整体结构强化，从而提高了围岩本身的抗压能力。

2．2 注浆加固的骨架作用

注浆后，浆液通过高压渗透到岩石裂隙中，从而在岩石内部形成了注浆骨架。注浆凝结后形成片状或线状的骨架，可互相连接形成整体，虽然形成网络骨架的美固364材料抗压强度比煤体的小，但其具有良好的韧性和粘接性，受外力作用时，它不会被轻易损坏，只会发生一定变形，外力载荷主要由煤体去承担。当外力超出煤体强度，呈现较大压力显现时，美固364材料的凝结物起到柔性骨架作用，改善了煤体的整体维护性能。

2．3 降低裂隙端部的应力集中的作用

岩石出现裂隙时，裂隙尾部受压时会出现应力集中现象，采用美固364材料注浆加固会使大小裂隙得以充填，并对裂隙表面进行有效黏结。从而使裂隙尾部受压时的应力集中大大降低，工作面围岩的破坏机制就会发生转变。

3 加固方案的确定

3．1 加固区域

14216 工作面15～90架之间大约有120 m的范围需要进行加固处理。

3．2 加固材料的选择

化学注浆材料美固MP364是一种双组份树脂，适用于快速胶结固化破碎的煤层和岩层。主要应用于临时和永久性固结注浆；采煤工作面煤体注浆以提高煤壁支撑力。其特点为：

在水中不膨胀，与水不反应，在潮湿的环境里也具有良好的黏接性；可渗透0．14 mm以上的缝隙具有超强的渗透性；反应温度低（低于99℃）；本身具有阻燃性和抗静电性；无腐蚀，施工过程中无刺激性气味；性能稳定不收缩。流动时间：90±30 s；凝固时间：150±30 s，24 h黏结强度可达4 MPa（两种浆液混合比例为1∶1）。

由于美固364具有高度黏合力和很好的机械性能，注入煤体后，能渗透到煤体细小裂隙，发生黏结，有效地加固围岩松动圈，使之成为整体，从而提高煤体的整体承载能力，所以，采用美固364对煤体进行加固。

4 注浆钻孔参数设计

钻孔布置平剖面图见图2。

在15～90架之间工作面需要进行注浆加固。根据工作面采高3．8 m，确定第一排孔，距离顶板1 m处斜向上打孔，角度45°，孔深4 m。封孔器放置在距离孔口1．5 m位置。第二排孔，距离顶板1．8 m左右，与第一排孔成三花眼，角度为15°，孔深6 m。封孔器放置在距离孔口2 m的位置。为防止在注浆过程中出现跑浆现象，建议矿方准备一些棉纱，在返浆处用棉纱堵漏。每两个循环之间间隔3 m。连接封孔器的注浆管要用ABS注射管，防止割煤机与钢管摩擦出火花。

图2 钻孔布置平剖面图

5 注浆效果分析

加固区域布置96个注浆钻孔，共注浆104 t。注浆结束后8 h开始回采。在回采过程中未发生片帮和冒顶事故，减少了顶板事故及维护顶板的时间，加快了工作面向前推进速度，为安全生产创造了有利条件。

6 结 论

通过在14216工作面使用美固364注浆材料对冒落矸石或松散煤体进行胶结加固，变事后补救为事前防范，可有效防范事故的发生。有效地控制了顶板、煤帮围岩，为煤矿安全提供了保障，为煤矿赢得了时间和效益，也可为后续一些类似情况提供借鉴。

［1］ 周士琼．土木工程材料［M］．北京：中国铁道出版社，2004：85-87．

［2］ 王 杰．岩土注浆理论与工程实例［M］．北京：科学出版社，2001：133-134．

［3］ 王国际．注浆技术理论与实践［M］．北京：中国矿业大学出版社，95-96．

Research and Application on Using Grouting Reinforcement in Fully Mechanized Working Face of Dongqu Coal Mine

Su Xin

Solves the problem of the mining face in the lower part of goaf of close coal seam by the influence of stress concentration the upper pillar，to realize the mine safety and efficient production is of important theoretical significance and practical significance．For the problem of close distance coal seam below goaf by influence of stress concentration of the upper coal pillar，puts forward that uses Meigu MP364 reinforcing material of Basf production carrying out grouting reinforcement，enhances the surrounding rock strength of roof and sides in 14216 fully mechanized coal face roadwayof Dongqu coal mine by grouting，，full play to the surrounding rock mass of its bearing capacity，ensure the safety in production．

Fully mechanized working face；Grouting reinforcement；The engineering practice

TD265．4+8

B

1672-0652（2013）10-0046-03

2013-08-16

苏 鑫（1964—），男，山西隰县人，1987年毕业于山西矿业学院，工程师，主要从事煤矿生产技术管理工作（E-mail）mjh．s＠163．com