2108 综采工作面注浆加固技术实践应用

闫克明

（蒲县应急管理局，山西 临汾 041000）

1 2108 工作面概况

昊兴塬煤业2108 工作面为一次采全高综合机械化采煤工作面，工作面长度200 m，工作面煤层平均厚度3.0 m，工作面倾角0～4°。该工作面位于断层影响区的120 号架至138 号架之间出现不同程度的漏顶现象。采用美固MP367 对支架前梁上方的破碎矸石及空洞进行粘结、填充处理，并对工作面煤帮和顶煤进行加固处理[1-3]。

2 注浆施工工艺

2.1 注浆材料

考虑到该工作面煤壁比较完好，只是工作面顶板比较破碎，且支架前梁上部矸石比较破碎，因此选择渗透性好、黏结力强、强度高的加固材料对工作面顶板进行加固处理，并对支架前梁上部破碎矸石进行填充、粘结处理。加固材料选用强度高、强度发展快的加固材料，填充材料选用发泡速度快、发泡倍数大的充填材料，本次采用美固MP367 为加固和充填材料。美固MP367 是一种反应快、剧烈发泡的矿物泡沫树脂，由两种独立成分构成，使用时按照1:1 的体积比混合。其特点：反应迅速（混合后20 s 后始发泡），发泡倍数大（发泡倍数为25至30 倍），对水不敏感（无须与水接触发泡），在岩石潮湿环境下不影响材料性能，具有阻燃性和抗静电性，反应温度低（美固MP367 的反应温度大约为95 ℃）。

2.2 注浆设备

本次注浆设备主要包括气动注浆泵和注射混合枪。把设备垂直放平，放在安全且不影响通行的位置，并视注浆孔的情况把设备尽量放在利于多孔注浆的位置；连接风源，风源连接前应把风管中的杂物冲掉，并保证随设备的移动风管亦应移动方便，或者移动设备后能就近接入风源；连接注浆管路，把两根DN13 的高压胶管分别连接到两注浆缸体上，并用u 型卡固定牢靠；分别把两个吸料管放入树脂和催化剂的包装桶，并在缸体上做好标记，再次施工，原吸料管也应同于上次的树脂和催化剂的包装桶；开动气泵时两种液体吸入缸体并从DN13 的高压胶管中排出，持续开动气泵几分钟，观察注浆比例和吸料情况。气动注浆泵主要的技术规格与技术要求包括混合比为1:1 或4:1，流量为8.4 L/min ，工作行程为120 mm，往复频率为70 min-1，耗气量为2 m3/min，额定压力为12.5 MPa，最大出口压力为21 MPa。双液化学注浆系统设备布置图如图1，气动注浆泵及其主要参数如图2。

图1 双液化学注浆系统设备布置图

图2 气动注浆泵及其主要参数

2.3 注浆方案

2108 工作面120 号架至138 号架之间受断层影响，造成该段出现不同程度的漏顶现象，因此需要对该段支架前梁上部空间进行填充处理，并对支架前梁斜上部冒落体进行粘结处理。

注浆孔布置：在2108 工作面120～138 号架顶板下方0.3～0.5 m 左右与底板成25°角、孔间距3 m、注浆孔4 m 左右（前段3 m 为注射花管），支架前梁后1 m 左右成40°角、孔间距3 m、注浆孔6 m左右（前段3 m为注射花管）向工作面顶板加固注浆。

由于目前工作面125～132 号架支架前梁上部为破碎冒落体且局部存在空洞，因此对该破碎冒落体及空洞进行粘结、填充处理。每两架布置一个注浆孔，注浆孔最深2 m（前1 m 为注射花管）。工作面注浆布置平面图和剖面图如图3。

图3 工作面注浆布置平面图和剖面图

3 施工效果及效益分析

2108 工作面漏顶区注入5.2 t 美固MP367 材料，注浆改造期为10 d，通过注浆加固，顶板得到了有效控制，工作面得以顺利推进。与传统人工排木垛、挑梁处理工作面冒顶的方法（约25 d）相比，压缩施工时间15 d，虽然直接材料成本有所提高，但工作面能提前半个月生产，当月产量达到4.5 万t，而且处理漏顶作业的安全性得到大幅提高，其技术经济效益明显。

3.1 效果分析

（1）稳定性。美固MP367 注浆材料是一种新技术的推广，它是由树脂和催化剂基本成分组成，注入煤岩层几秒钟后，经过化学反应生产的聚亚胶脂产品开始膨胀，对围岩松动圈裂隙进行充填，对破碎松散体进行粘结，使之成为一个整体，提高围岩的稳定性和抗压能力。

（2）安全性。没有使用注浆材料前，该漏顶区的顶板是破碎岩体，顶板、帮部煤体松软，人工装顶安全威胁大。注浆后，顶板的松散岩层粘连在一起，状态良好，未发生二次漏顶及其他衍生事故，保证了施工作业现场的安全。

（3）时效性。没有使用注浆材料前，由于顶板碎石较多，推溜拉架困难，支架无法向前推进，共发生4 次工作面片帮事故，片帮范围最长段12 架，严重影响了工作面的安全生产。注浆后，破碎煤岩体整体性形成后，工作面在出货时顶板不再漏货，为工作面生产快速恢复提供了强有力的保证。

3.2 效益分析

通过使用美固MP367 注浆材料前、后产量统计分析：2108 工作面在注浆后产量较注浆前平均增加5 刀/d，即每天多出煤1500 t（300t/刀）；吨煤利润按210 元计算，则每天净增31.5 万元；多产出效益315 万元，工作面注入美固MP367 材料5.2 t，单价3.0 万元/t，再加上注浆配件使用费用等，需发生费用20 万元，实际多产出效益295 万元，其经济效益明显。

4 结 论

开采实践表明，美固MP367 材料能够及时粘结、加固松动破碎的煤岩层，注浆加固漏顶区、空洞区域时没有发生大面积抽漏现象，达到了预期的顶板控制效果，实现了安全回采。与传统人工排木垛、挑梁处理工作面冒顶的方法相比，该方法压缩施工时间15 d，注浆材料前、后产量统计分析，实际多产出效益295 万元，其产生的经济效益明显。