大采高综放工作面注浆加固技术应用

龚 雪

（阳泉煤业（集团）有限责任公司一矿，山西 阳泉 045008）

引言

阳煤一矿8304 工作面（西部）位于一矿南条带三采区中西部，北部为S8303 工作面（西部，已回采），煤柱为20 m。由于受采动和侧向支撑压力的影响，巷道矿压显现强烈，主要表现为顶板下沉、底鼓、两帮移近、三角煤破碎等。根据注浆的目的、浆材性质及造价等因素，通过调研研究决定，采用山西澳华工矿山支护科技有限公司生产的超强矿用无机材料对8304 工作面回风巷部分地段三角煤进行超前注浆加固。通过与化学加固材料进行对比分析，该加固材料可实现对顶板的有效管控，维护了三角煤区域的稳定性，改善了动压巷道状况，为工作面高效生产创造了条件，是适合该矿经济、安全、适用的加固材料。

1 工作面生产地质调查

1.1 工作面四邻采掘条件

工作面东部为本采区采区大巷，南部为S8305回采工作面（西部）（正在掘进），西部为南北翼瓦斯联络巷，北部为S8303 工作面（西部）（已回采）。

1.2 巷道布置

8304 工作面（西部）采用“U+I”通风方式，工作面共布置五条巷道：进风巷、回风巷、低位抽采巷、走向高抽巷、切割巷。

进风顺槽沿顶板掘进，巷道断面为矩形，毛高3.1 m，净高3.0 m，毛宽5.3 m，净宽5.0 m。采用圆钢锚杆+W 钢带+金属网+Φ17.8 mm×5 200 mm 补强锚索联合支护，排距900 mm。回风顺槽为采空侧巷道沿顶板掘进，巷道断面为矩形，毛高3.9 m，净高3.8 m，毛宽5.2 m，净宽5.0 m。支护形式为双锚支护，采用Φ21.6 mm×5 200 mm 锚索＋Φ22 mm×2 000 mm 锚杆＋经纬金属网＋钢带”联合支护，排距900 mm。

1.3 工作面回风巷围岩条件

工作面煤层赋存稳定，结构复杂，煤层总厚度最大6.76 m，最小6.25 m，平均煤厚6.58 m，直接顶为0.35 m 的黑色泥岩，基本顶为13.09 m 的灰色石灰岩，直接底为2.95 m 的黑色泥岩，老底为6.13 m 的灰色细砂岩。

2 注浆方案

2.1 回风顺槽注浆加固范围

回风顺槽650～850 m，共200 m，在工作面帮进行注浆加固。

2.2 加固材料

2.2.1 材料特点

1）超强矿用无机材料是通过压注的方法加固山体、隧道、砖墙、混凝土以及矿山煤、岩石的开裂，也可用于不流动的砂石和其他无承载力的地面等。

2）跟传统水泥浆比较：水灰比低0.28，保证注到裂隙中的是浆液，不会出现顶板注浆下雨状况。

3）抗折性和剪切力高，在受到应力或者采动影响的情况下，保证巷道稳固。

4）跟化学浆比较：性价比高，价格是市面上有机化学材料平均价格的1/3。超强矿用无机材料是无机反应不产生热量，保证井下的安全。

5）无收缩，微膨胀，高流动性，不含氯化物。

2.2.2 材料参数

1 d 抗压强度≥20 MPa；3 d 抗压强度≥40 MPa；7 d 抗压强度≥70 MPa；粒径为0～0.1 mm；施工温度为5～35 ℃。

2.2.3 注浆设备

气动注浆泵型号为2ZBQ-50/19，气动搅拌桶型号为JQW-250S；矿井压风为0.4～0.8 MPa；其他备件有注浆管、混合器、高压输料管；其他工具有气动锚杆钻机、Φ32 钻头。

2.2.4 注浆参数

1） 采用超强矿用无机材料，水灰质量比为0.28∶1。

2）注浆压力为3～5 MPa。

2.2.5 加固方案

工作面帮注浆孔布置，如图1 所示：注浆孔沿工作面帮布置，垂直巷帮开孔，相邻注浆孔间距4 000 mm，距巷道底板高度1 750 mm，孔深8 000 mm，封孔深度4 000 mm，采用专用封孔器封孔。

图1 注浆孔布置图（单位：mm）

底板治理（试验）如图2、图3 所示，底板治理采用Φ21.6 mm 的小孔径预应力锚索+超强矿用无机材料注浆复合支护，锚索与注浆孔间隔布置，锚索采用Φ21.6 mm 的小孔径预应力锚索，长度6 300 mm，间距1 500 mm，排距3 000 mm；注浆孔一排布置两个，间距3 000 mm，排距3 000 mm，与底板夹角80°开孔。考虑到巷道底板有3 000 mm 厚煤，煤层直接底为2 950 mm 黑色泥岩，因此孔深设计为6 000 mm，封孔深度4 000 mm，采用专用封孔器封孔。

3 施工工艺

1）实地查看注浆地点施工情况，配合矿方做好相应准备工作。

2）把注浆泵、搅拌桶、无机材料、注浆管及配件等运至施工地点。

3）准备工作就绪后，接好与泵所连接的管路和混合器，试验泵所连接的管路是否畅通及出料比例是否合格。

4）注浆设备注浆范围应在10 m以内。

5）待施工技术人员核实泵能正常运转后，把超强矿用无机材料倒入搅拌桶进行搅拌，确保每桶的搅拌时间在10 min 左右；正常施工时，确保材料按水灰质量比为0.28∶1 予以搅拌。

6）在注浆过程中，必须注意观察泵及注浆孔，当泵的压力表指示数值达到标准或出现返浆现象，可以停止向该孔注浆，并转移至下一注浆孔。如此循环，直至加固施工结束。

图2 底板治理断面图（单位：mm）

图3 底板治理展开图（单位：mm）

4 应用效果分析

通过对阳煤一矿8304 工作面回风巷注胶段巷道围岩变化情况及顶底板位移量进行观测记录，分析对比围岩控制的效果，结合初始数据进行分析，巷道两帮及三角煤区域得到了基本控制，底鼓现象得到缓解，改善了巷道状况，满足了回采使用要求。

1）三角煤区域松软破碎煤体得到加固，形成一体的加固体，围岩的承载能力明显提高，有效地减少了围岩破坏变形，注浆以来，三角煤区域未发生较大破碎塌落事故。

2）注浆帮位移量明显减少，随工作面推进采动影响，帮移近量仅0.2 m，较原来减少70%，巷道断面满足通风和使用要求。

3）巷道底鼓得到缓解，通过底板注浆治理，底鼓量平均为0.4 m，较原来减少50%，底鼓量明显减少，减少了整巷工程量，创造了良好的安全效益和经济效益。