综采工作面高冒区注浆加固治理技术

席 健，卢建明

（山西马军峪煤焦有限公司，山西 长治 046500）

0 引 言

我国是一个煤炭大国，煤炭在我国能源结构中占有重要地位，对经济具有促进作用[1-2]。煤炭开采的同时需要掘进众多巷道，煤矿巷道高冒区严重制约着煤矿安全生产，特别是工作面支架顶板冒落区给人员和机械设备带来威胁[3-6]。陈树涛[7]采用锚索带、锚索、超前支护技术方案对新桥煤矿2304 顶板冒落区进行了治理，安全通过了该高冒区；张明亮[8]采用人工假顶、注浆、架棚的支护方式对新元煤矿3214 工作面回风巷高冒区进行治理，取得了非常好的效果；武强[9]采用人工假顶和注浆的联合支护措施对屯兰矿12501 顺槽巷道高冒区进行治理，顺利通过高冒区；王宇飞[10]采用人工假顶及注浆加固的联合治理技术对青磁窑煤矿回风延伸巷道顶板高冒区进行治理。以上学者通过不同的治理方式对巷道顶板高冒区进行了治理，但对于倾斜工作面顶板高冒区的治理研究较少。基于此，本文以山西马军裕煤矿为试验矿井，对其倾斜综采工作面高冒区进行治理研究，以期达到快速施工安全通过高冒区的目的。

1 概 况

山西马军峪煤矿坐落于沁源县境内，矿井生产能力1.2 Mt/a，90110 综采工作面主采9+10 号煤层，煤层平均厚度2.4 m，工作面上山坡度为20°。该工作面内存在陷落柱等区域构造且构造复杂，同时受到采动影响，工作面局部比较破碎，顶板压力较大，应力集中区域裂隙发育度高，工作面顶板煤层被压疏，导致工作面第44～54 架均出现了不同程度的片帮和冒顶现象，局部区域冒顶冒落高度约5 000～6 000 mm，顶板离层明显，现场生产无法进行，给采煤工作带来巨大安全隐患。为消除安全隐患，需对工作面高冒区进行注浆治理。

2 高冒区控制技术

针对90110 综采工作面高冒区的破坏特征，经分析采用顶板高冒区充填治理，对煤帮进行注浆加固治理，保证现场安全生产高效、有序进行。

2.1 高冒充填

对综采工作面高冒区进行充填治理，铺设人工假顶。为防止工作面顶板冒落矸石坍塌后把工作面刮板输送机压死，在进行人工假顶铺设前，采用提前在刮板输送机机道内架小桥的方式，保证工作面顶板矸石坍塌后可正常启动刮板输送机，及时将工作面塌落的矸石运走，给顶板加固创造有利条件（图1）。铺设假顶时，在高冒区两侧铺设锚索吊棚，该锚索吊棚由工字钢梁、钢绞线组成。当锚索吊棚完成后，使其保持与工作面顶板0.5 m 的间距，注浆孔布置在人工假顶上方，注浆管路长度设计为3 000～4 000 mm，孔径设计为42 mm，高冒充填如图2 所示。

图1 刮板运输机防塌装置示意Fig.1 Anti-collapsed device of scraper transportation machine

图2 高冒充填示意Fig.2 High caving filling

2.2 煤帮加固

煤帮注浆加固采用FSS 化学加固材料，在综采工作面煤帮垮落区第44～54 架内布置加固注浆孔。根据情况布置2 序孔（顶板孔和煤帮孔），顶板孔垂直布置于顶板，煤帮孔布置于距底板1 200 mm处，在煤帮开孔，角度向上倾斜15°，孔深设计均为6 000 mm，注浆钻孔间距设计为3 000 mm，注浆时先加固44～54 架两侧，以防止压力传递两侧进一步片帮或冒顶，注浆孔孔径设计为42 mm。

2.3 材料性能

2.3.1 FCC 充填材料

FCC 充填材料是一种永久性密闭材料，主要应用于密闭墙、采空区、冒顶等工程，属于发泡型注浆充填材料。该充填材料属于双液充填材料，主要由A、B 两种液体组成，其中A 料的粘度平均值为225，B 料的粘度平均值为200。当A、B 两种液体混合后，经过20 s 后发生反应，开始发泡，反应时能够形成大量气泡。通常情况该材料的使用配比为1∶2，具有非常好的阻燃性。同时，其膨胀可达原来的30 倍作用，能够很好的充填到所有裂隙，具有高弹性、反应强度大、不受地质影响的特点。反应时最高温度为60°，符合《煤矿井下反应型高分子材料安全管理办法（试行）》的要求，无毒、无害，符合煤矿使用安全指标。

2.3.2 FSS 注浆加固材料

FSS 注浆加固材料属于化学浆液，一般应用于破碎煤岩体、软弱岩层的注浆加固工程中。该注浆加固材料属于双液注浆材料，由A、B 两种单液组成，单液存放长时间不凝固。在注浆加固工程中，将A、B 两种液体按照1∶1 进行混合。在注浆过程中，可添加相关试剂，调整注浆材料的凝结时间等参数。当两种化学浆液混合后，注入到破碎的煤岩体裂隙中，能够发生一系列的化学反应，生成具有高强度、高粘结性的固结体，使得破碎的煤岩体形成一个整体，提高破碎煤岩体的物理力学性能，形成骨架结构，将破碎的煤岩体形成完整的岩层，增加强度。在较高的注浆压力作用下，浆液被挤入到微小裂隙中，当工作面揭露后，松散的煤岩体形成了一个整体，不容易发生片帮以及冒顶事故，保证了工作面的安全生产。

2.4 注浆参数

注浆压力设计为3～5 MPa，在注浆过程中其有效半径不小于2.5 m。

2.5 注浆设备

注浆设备主要是注浆泵，采用2ZBQ-5/12 型气动高压双液注浆泵，具有轻便、易操作、灵活性强的优势，最大注浆压力可达20 MPa，最大流量为20 L/min。注浆管路选用4″钢管，长3 000～4 000 mm；混合器选用人字型三通混合器，高压胶管；出浆管选用直径10 mm 双层钢丝编制的高压胶管，允许压力5 MPa，进风管采用高压胶管。

2.6 注浆施工方法

（1） 设备和材料。准备注浆桶、搅拌桶、管路等设备，以及较多注浆材料，保证注浆工程的连续施工。

（2） 施工工序。按照注浆工程设计方案选定钻孔，钻孔钻完后，检查并安装注浆管路和注浆混合器，相关管路完成后，进行封孔作业，实施注浆工程。

（3） 注浆管路的连接。保证管路接口的密闭性，用气动注浆泵压风，把管路中的碎物吹干净，不阻碍注浆工程的实施。

3 施工技术及检测

3.1 施工技术

（1） 按照设计要求施工注浆孔，间距误差控制在0～50 mm。钻孔深度误差控制在0～30 mm。

（2） 施工前，采用清水冲洗管路，并检查管路的密闭情况，测试能否达到设计注浆压力。

（3） 注浆加固材料采用1∶1 配比，其凝结时间平均为55 s，设计流量不大于25 L/min，当注浆压力达到设计压力，浆液流量小于5 L/min 时，可结束该钻孔的注浆工作，进行下一钻孔注浆施工。

（4） 当注浆过程中遇到跑浆时，立即降低注浆压力，进行间歇注浆，若跑浆继续发生，可调节浆液的凝结时间。

3.2 注浆检测

3.2.1 压力变化

在注浆过程中，裂隙被浆液充填，注浆压力不断上升，表明注浆效果较好。

3.2.2 注浆量变化

随着注浆工程的进行，后期钻孔注浆量明显减少，注浆帷幕形成，导注浆量降低。

4 结 语

对山西马军峪煤矿90100 综采工作面高冒区采用顶板高冒区充填治理+煤帮注浆加固治理的综合治理措施，提高了假顶对冒落区的支护作用，缓解了窝风区的瓦斯积聚问题；提高了破碎煤岩体的胶结能力，防止工作面顶板和煤帮的继续变形，有效控制了高冒区范围不断扩大，工作面安全顺利开展了采煤工作。