综采工作面过断层破碎带加固技术

2019-07-30邹青林

山东煤炭科技 2019年7期

邹青林

（山西煤炭运销集团四通煤业有限公司，山西临汾 041000）

由于煤矿深部开采条件复杂，工作面回采过程中会遇到复杂地质构造带，如褶皱、节理、断层等，如果不能及时处理，直接影响回采工作面的正常推进，影响矿井安全生产。因此，工作面回采过程中安全、快速地通过地质构造带，既能提高矿井的回采速率，又能对矿井的回采安全提供保障。

1 工作面概况

4206综采面为四通矿四采区接替工作面，位于四采区胶带下山（90～270m）位置西侧，工作面北部、南部均为实体煤，西部为本矿矿界，东部为四采区胶带下山。在推进至900m位置时，揭露一条断层，方位角330°，倾角65°，落差2.5m。该断层线与工作面推进方向斜交，走向与工作面斜交角度较小，造成工作面4#～30#支架间同时揭露，断层带附近煤岩体松散破碎，直接顶裂隙发育，局部发生冒顶，造成上覆基本顶岩体冒落严重，尤其在17#～24#支架间最严重，影响了工作面正常回采进度和安全生产。

2 工作面过断层技术方案

（1）根据4206综采面遇断层构造带时地质条件特征，同时对比参考相似回采面过断层时采用的技术经验，决定选择化学注浆加固材料固特珑（GN-4型）进行加固来解决断层煤岩体控制问题，使用马浮因（MF-2型）来充填生成固结假顶保护层，保证安全、顺利控制冒顶范围，实现快速推进。

（2）17#～24#支架间，为保证处理冒顶出渣、调整支架工况施工的安全进行，需对支架顶梁前方、上方的破碎顶板实施固特珑注浆加固，马浮因充填形成再生胶结假顶支护层2～3m厚，增强支架上方煤岩体的整体性和抗压强度，保证支架调架、出矸过程中顶板不垮落或减少垮落。

（3）4#～30#支架间，对煤壁打孔注浆，使支架斜上方及正前方破碎、裂隙带填充、粘结加固，控制支架前方顶板冒落长度，防止工作面推进时顶板大范围垮落和冒顶。注浆倾斜长度40m（4#～30#支架），每次注浆深度为4m。

3 注浆技术要求

3.1 钻孔布置

根据4206综采面断层构造地质特征，对工作面煤壁及顶板破碎区域注浆固特珑（GN-4型）粘结、加固，对顶板冒落部分，支架上方人工已无法背顶时，在支架上方1～4m位置注浆马浮因（MF-2型）充填形成3m厚的固结假顶保护层。

在4#～30#支架下布置两排注浆钻孔，要求上排钻孔布置距工作面煤壁顶板0.5m，垂直煤壁与水平方向呈50°～60°仰角，下排钻孔布置距上排钻孔垂直距离0.5m，垂直煤壁与水平方向呈15°～25°仰角。钻孔深度均为4m，孔径均为Ф28mm，间距均为3～4m，上排孔和下排孔呈“三花”眼交错布置。在17#～24#支架间，顶板冒落、悬空，人工无法背顶部分，垂直顶板注浆马浮因（MF-2型）。如图1所示。

当破碎段支架间冒顶严重、高度有限、作业空间狭窄、不具备注浆作业条件时，采取两端侧向注浆、出矸调架过程中间歇穿插注浆作业等措施来保证注浆加固效果。通过注浆粘结加固，使裂隙发育破碎顶板整体性得到加强，从而减少垮落程度，确保工作面正常推进。

图1 4#～30#支架间注浆孔布置示意图

3.2 注浆压力

根据4206综采面破碎顶板及煤岩体的承受注浆压力能力，结合回采面实际供风风量及供风风压，设计注浆压力为4MPa。

3.3 注浆扩散半径

在实际注浆时，根据工作面断层构造破碎带浆液渗透情况、注浆压力，结合调整注浆浆液的凝结速率，以确保实际注浆扩散半径大于1.5m。

3.4 注浆量

根据工作面地质裂隙发育破碎程度及顶板冒落情况，单孔注浆预计700～800kg。

3.5 注浆顺序

采用隔排顺序钻孔注浆，即先施工1#、3#、5#、7#、…，后施工 2#、4#、6#、8#…。

4 注浆材料

根据4206综采面遇断层构造带时地质条件特征，同时对比参考相似回采面过断层时采用的技术经验，选用化学注浆材料马浮因（MF-2型）和固特珑（GN-4型）。

马浮因（MF-2型）和固特珑（GN-4型）均为双液1:1混合热聚反应而成高分子化学聚合物，其渗透性、防渗水、抗静电等特性较好，不易腐蚀，反应温度较低，粘结程度及机械性能较好，且均具有较强的抗压能力。马浮因（MF-2型）能够充填高冒区，形成固结再生假顶保护层，使支架能够接实顶板，控制上覆老顶岩体冒落。固特珑（GN-4型）和破碎煤岩能够较快的粘结形成固结体，加强破碎煤岩整体性，使煤壁片帮、破碎顶板冒落得到有效控制，确保割煤后液压支架正常推进支护。