Marie bulk N材料在工作面过断层中的应用

赵晋强

（山西高平科兴平泉煤业有限公司，山西 高平 048400）

某煤矿的设计生产能力500万t/a，矿井布置采用斜井开拓，实行三队作业模式，开采煤层号为：2号、3号煤层。井田范围内存在复杂的地质结构，其中无炭柱和断层较发育，给回采工作带来很大困难，成为安全高效的生产的技术难题。2010年10月，综采队在75681工作面回采时，支柱附近出现路差达4 m的断层，煤壁松散、容易片帮、而且冒落较严重。工作面前方顶板暴露长度达4 m，沿着工作面向前推进继续延展，最后与开切眼基本成平行状态，长度可达200m。此断层在本区实属罕见的大断层，给矿区开采带来很大难题，若不解决就无法安全作业。按照常规的过断层方法回采，耗费材料较大，经济投入较大，生产条件也较恶劣，而且容易发生事故、造成人员伤亡。我们通过摸索实验、查看文献资料等手段，结合本矿区的实际情况，决定改革生产工艺，采用高分子材料Marie bulk N进行围岩注浆加固措施，针对遇到的断层进行超前加固，以确保安全通过断层进行安全稳定高效的回采。

1 工作面及断层概况

1）工作面概况：施工工作面是该矿南部的一个综采工作面，可采储量100万t，采高3.8 m，工作面长度300 m，走向长度800 m。工作面组成有：大巷（正副）、开切眼、联络巷、尾巷等。对巷道进行全锚杆加固，支护范围宽度4.0 m，高度3.9 m；开切眼附近也实行全锚杆支护，宽度7.0m，高度5.0m。结合该矿生产实际采用倾斜长壁开采方式采煤，实行三班生产、一班检修的模式。

2）断层概况：工作面出现了一个约为200 m的断层，位于回采工作面距离切眼500 m处，从副巷可见H=35 m并且一直延伸，落差较大平均3.0 m，此断层为一正断层（从工作面的推进方向上看,先见上盘后见下盘），其与工作面形成的夹角5～10°。在靠近断层附近作业可以观察到断层支架上方有冒顶，初期尝试过断层常发生煤壁片帮、冒顶现象严重，顶板管理出现严重问题，冒顶范围较大、高度较高，处理起来困难。

2 过断层的尝试方法及措施

1）原先的工作面基本与断层平行，断层暴露长度较大；随后调整工作面倾角，采用与断层有一定夹角的方式作业，在安全稳定合理的情况下力求尽可能少暴露断层长度，有利于快速安全地通过断层；期间不断调整、寻求合理方式分段快速过断层，避免周期来压造成不稳定因素。

2）过断层时初试揭露断层，发现支架上方的顶板上升，顶板与顶梁的垂直间距较大，前方顶板暴露较大，支架的支撑作用大幅度降低，达不到其支护顶板的效果，此时伴随而来的是煤壁片帮、顶板冒落，给生产带来很大安全隐患；为了确保作业的安全高效，后经各种尝试决定采用打孔注浆的方式，对断层和工作面下盘的煤进行加固，并用新型的高分子材料Marie bulk N作为注浆材料。

3）加固分为两部分：先对顶板采用锚链网打超前锚杆，拉网维护断层破碎带的顶板。再对冒顶问题采用打孔注入Marie bulk N对断层进行加固，防止断层岩体破碎冒落造成的局面。打注高分子材料Marie bulk N后，还要打入一定量、一定角度的锚杆进一步加固。

4）对于控制滚帮和冒落，还用预挑顶的方式缩小断层落差；在没出现断层前，进行预挑顶，是将支架和输送机调整为上山角度，这种方式可有效降低到达断层时断层与工作面的高度落差，其现场观察可降低幅度约2m左右，起到了一定的效果。

5）其他方式。还尝试了一些其它的小范围的措施，如：人工提溜、降低采高、快速移动支架迅速接顶；人工拉底、小范围循环作业，以减小机械化设备的工作中的震荡，还有对支架的频繁移动卸载支起对于顶板的压力破坏；加强对设备的定时定点的检查维护；多进行小范围的时间空间同步作业，以达到一种动态的稳定性。

3 注浆的技术措施

1）Marie bulk N是一种高分子材料，其性质为低粘度，可在煤矿用于对煤岩裂隙的粘聚加固。将Marie bulk N使用高压装备通过钻孔打入到裂隙部位进行充填。当Marie bulk N遇水后将会产生连锁反应、发生膨胀，膨胀产生的二次压力，可将材料继续充填进入微裂隙，达到更好的充填效果。此材料有以下特点：粘度低，能很好地渗入细小的裂锚杆机打眼孔，眼孔直径42 mm，距顶板板200 mm，与水平60°夹角垂直煤壁布置（顶板布孔垂直于顶板向上），孔深6m，间距6000mm。缝中，反应速度快，膨胀率高，达到原来体积的20～25倍，施工用量小，节约资金。

2）布孔参数：使用MT-90型。

3）根据裂隙情况合理配比Marie bulk N。

4）根据实际的围岩情况确定注浆压力为5～8 MPa。

5）施工工艺。打眼—→埋设注浆管—→安装封口器—→用高压胶管注射枪和注射泵，将两根吸管分别插入装有马丽散树脂和催化剂的桶内—→开泵注浆—→冲洗机具—→停泵—→拆卸注射枪。

6）安全措施。打眼时,必须按角度施工，并做到袖口紧、衣角紧、系好毛，针对矿井煤岩裂隙发育状况，对于封口器的埋设做好事先的估算；事先检查好封口器是否清理干净，特别是封口的注孔内的煤岩粉尘，以保证最后充填时封口器能达到膨胀以后可与孔壁紧密结合。对于渗漏的处理：当渗漏的量较小时可用面纱进行封堵；如渗漏量大而快时，则要重新选定布孔位置，以确保注浆能够达到预期的效果。施工必须有由专人观察顶帮，若漏浆用棉纱封堵，并注意喷射器的运转情况，发现异常立即停泵检查。每次施工完毕后，必须对设备进行清洗，避免马丽散树脂或催化剂堵枪、堵管。

4 结束语

该矿区地质结构较复杂，遇到实属罕见的大断层情况，为过断层尝试多种措施，采用新的技术工艺顺利通过断层，总结过断层的经验如下：

1）提前做好矿区的勘探工作，对于断层情况所处位置、大小、长度、深度等数据，给出详细的勘探数据，为工作面到达断层后采取措施提供数据参考，为安全生产提高效率做出必要准备。

2）遇到大的断层时，要通过经验和技术提前预估成本，采用较为新颖的措施和材料，做好经济比较、列出不同的实施方案，进行可行性研究，选定方案进行施工。

3）生产的安排管理方面，做好人员和设备的合理安排，对于不同的地质构造采取不同的应对措施，引进新型设备新型材料、合理安排预算，达到时间、空间、经济的合理调度。

4）这次通过断层采用新型的高分子材料，加固效果较为显著，降低了人力物力成本，实现了稳定安全的高采率，作业环境得到了较好改善，维护的费用和难度得到了大幅改善。