综采工作面过陷落柱深孔预注浆加固技术

王 凯

（晋城蓝焰煤业股份有限公司成庄矿，山西 晋城 048000）

成庄矿地质条件较复杂，陷落柱是矿井生产常见的地质构造之一。在陷落柱影响区域内，煤体帮部和顶板大部呈现松软破碎的状态，受到大采高工作面超前支撑压力影响，巷道围岩有进一步失稳破坏的可能。针对这一技术难题，通过采用超前深孔注浆技术预先对破碎煤体、顶板进行加固，有效改善安全生产条件，为安全高效通过陷落柱影响区域提供保证[1-4]。

1 工程概况

5308 工作面开采3#煤层，煤层平均厚度6.07m，倾角平均为5°，埋深平均为472m。在工作面推进至1353m 处时，遇到X136 和X137 陷落柱。X136陷落柱倾斜长53m，走向长63m，距离53081 巷99.7m，距离53083 巷65.8m；X137 陷落柱倾斜长58m，走向长93m，距离53081 巷88.09m，距离53083 巷71.5m。X136、X137 陷落柱位置示意图如图1 所示。

图1 X136、X137 陷落柱位置示意图

工作面顶帮受到陷落柱影响，煤岩体疏松破碎，内部裂隙极其发育。随着工作面推进即将受到超前支撑压力影响，极易造成工作面煤壁片帮，诱发大面积顶板冒落事故。超前支撑压力的影响不可避免，预先深孔注浆加固破碎煤岩体成为唯一可行措施。利用无机浆液良好的扩散性能及后期固结强度，将煤岩体内原生裂隙充填密实，将已破碎的煤岩体胶结起来形成完整的承压体，大幅改善破碎围岩的抗压性能，保障巷道煤岩体稳定性，深孔预注浆是降低陷落柱不利影响最有效的手段之一。5308 工作面通过陷落柱影响区域的总体方案是：提前在陷落柱影响的区域施工注浆钻孔，完全覆盖陷落柱可能影响的区域，随后进行无机材料注浆作业，加固破碎煤岩体，同时，配合合理的辅助安全措施保障5308工作面通过陷落柱影响区域的安全[5-8]。

2 注浆加固施工

2.1 注浆钻孔布置

完全覆盖X136 和X137 陷落柱影响区域共需要加固范围为198m，结合5308 工作面回采中过X135 陷落柱时煤壁片帮情况，本次采取两种不同的布孔方式：在陷落柱边缘布置的钻孔，钻孔间距为4m；陷落柱内部布置的钻孔，钻孔间距为6m。注浆钻孔分为顶板钻孔和煤层钻孔，其中顶板注浆钻孔21 个，煤层注浆钻孔20 个，共计41 个钻孔，钻孔开孔位置距煤层底板均为1m。在陷落柱X136钻孔区域内，顶板钻孔与水平线设计的施工夹角为8°，孔深174m，煤层钻孔与水平线设计的施工夹角为6°，孔深173m；在陷落柱X137 钻孔区域，顶板钻孔与水平线设计的施工夹角为10°，孔深168m，煤层钻孔与水平线设计的施工夹角为6°，孔深167m。钻孔布置示意图如图2 所示。

图2 X136、X137 陷落柱区域注浆孔布置平面示意图

2.2 注浆工艺

（1）注浆材料

注浆材料优先采用普通425 硅酸盐水泥+水玻璃注浆，因其扩散性能良好，具备早强特性，价格低廉。

（2）注浆封孔技术

采用双液速凝材料进行封孔，即在孔口10m范围内，插入5 节2m 长的1 寸无缝钢管，钢管之间采用接箍连接，孔口一节上要安装高压球阀，前后两节表面焊铁丝固定棉纱；在孔内插入封孔铝塑管，通过铝塑管向封孔段灌注入速凝材料，封孔段固化1h 后即可进行注浆作业。封孔结构示意图如图3 所示。

图3 封孔结构示意图

（3）注浆压力

注浆压力是由机械设备向浆液提供的促使其在破碎煤岩体中进行扩散、流动、挤压等作用的驱动力，注浆压力对加固效果的影响显著。现场实践表明，随着注浆压力的提高，浆液的扩散范围扩大，裂隙密实程度越高，后期结石体强度也越高。本次注浆是以注浆加固为主要目的，建议终孔注浆压力6～8MPa，在实际注浆过程如果岩层裂隙不发育，注浆难度较大时可适当提高终孔压力，最高不超过10MPa。

3 安全技术措施

（1）注浆孔施工作业时，务必按照设计严格施工，保证钻孔角度和孔深；采取钻头防跑偏措施，保证钻头沿直线前进，建议优先选用千米钻机进行施工。

（2）注浆作业过程中，首先确保封孔质量达标，防止后期注浆压力上来后出现孔口漏浆的现象；严格控制材料配比，保证浆液质量；按照设计施工，确保单孔注浆量和注浆压力；注浆管路连接安全可靠，出浆口设置泄压阀；注浆作业结束后，立即用清水冲洗注浆管路。

（3）过 X136、X137 陷落柱期间，加大对煤帮和顶板的管理力度，杜绝由片帮引起的冒顶事故；现场作业人员一旦发现片帮、冒顶迹象，及时上报，补注化学材料；当发现顶板破碎完整性差时，严格采用带压移架的方式，同时操作降柱及移架手把，当支架擦顶前移时停止降柱，促使破碎矸石滑向采空区减轻顶板压力；液压支架操作应严格按照措施进行，保证支架初撑力达标。

（4）过X136、X137 陷落柱前期，备齐工作面关键机电设备易损件，加大机电设备检修力度，保证机电设备处于良好的工作状态；过陷落柱期间，加强机电设备管理，严禁机电设备超负荷运转，避免因机电事故导致的工作面停机；乳化液泵应连续运转，泵站供液压力不应低于30MPa。

4 结论

5308 大采高工作面过陷落柱影响区域深孔预注浆技术的现场应用，将受陷落柱影响的破碎煤岩体胶结成为整体，大幅改善其抗压性能，保证了巷道煤岩体的稳定性，确保工作面通过时割煤、移架等工序的正常进行，保障矿井安全生产；同时，与化学材料浅孔注浆相比，经济效益显著。