大采深综采工作面过断层超前预注浆技术应用

＊郭颖斌

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司 山西 032300）

矿井在提前刹车、断层揭露位置支护顶板条件下，容易引发煤壁片帮、顶板冒落问题，此时必然会加大回采作业的难度。故而，需要科学应用大采深综采工作面过断层超前预注浆技术，明确该项技术应用要点，以便有效防范散体冒落、块体滑落的情况发生，提高顶板注浆加固的整体质量。

1.大采深综采工作面情况分析

以某矿1413（3）工作面为例分析，该工作面东邻近西二13-1采区巷道、南部为未采区、西部以断层F209为界、北部邻近1412（3）工作面采空区，煤层的结构比较简单，煤层厚度、倾角、工作面倾斜长度、工作面长度分别为：3.5m、10°、1900.2m、195.5m。经对1#异常区断层面四周工作面分析发现，发生数次片帮吊顶现象，而这也是引发压车、致使工作面不能顺利推进的基本原因，使得矿井产量受到直接影响[1]。针对于此，需及时通过超前加固对策处理，确保工作面推进情况，4#异常区、1#异常区比较类似，均为Fw断层受到影响，断层走向影响的范围在78m左右，涉及整个大采深综采工作面。毕竟在煤矿开采工作的过程当中，无论工作效率如何，最重要的一点就是要确定工作人员的安全性，利用深孔爆破技术，就可以在很大程度上减少工作人员面临的安全隐患，这也为后续的发展提供很大的保障。

2.超前深孔注浆技术应用要点研究

(1)工作面顶板冒顶的主要类型

断层地质构造带和褶曲地质构造带的工作面顶板均容易发生破碎现象，控顶的过程引发漏冒概率较高，支护护顶不严同样会造成漏冒情况的发生。需要注意的是，工作面顶板主要包括块裂结构、破碎结构，相应工作面顶板冒顶又通过块体滑落破坏、散体漏冒破坏2个类型构成，各类型冒顶注浆加固的机理比较存在较大区别。在开采的过程当中，也要注意这几个类型之间的区别，针对不同的问题，类型要采用不同的方法，不能对这些类型一概而论，就像是针对块体滑落问题就要及时采取手段治理，是具体的治理方案和散体漏冒的方案又不能够相同，这两种问题属于不同的类型，如果采用同样的手段治理就有可能会引起更大的麻烦。

(2)散体冒落与顶板注浆要点

断层带内顶板发生破碎及裂隙，是造成架前掉碴抽空的主要原因，因支架的受力比较小无法确保支架保持稳定，在放炮、放顶条件下发生支架失稳的可能性加大，故而引发冒顶安全事故[2]。若是顶板暴露可借助泵的压力作用配置存在充塞胶凝性质水泥浆液，在注浆孔在注入断层裂隙使空气及水分充分排出，逐渐构成具备强度、抗渗阻水性能固结体，能满足围岩抗渗性、稳定性的需要，并达到封堵裂隙、防范煤壁片帮和顶板楼顶的目的。如果在注浆的过程当中真的出现了问题，锻炼层当中的空气和水分没有及时排出，都是在注浆的过程当中掺入空气，那就很有可能会影响工程的质量，而且在后续的工作当中，还有可能会出现柱体的问题，所以说要确保锻炼松气囊中的空气和水分都被排除，然后才能真正的构建其高强度抗渗水的固结体，而且在开采的过程当中周围多数都是岩石，也只有这样才能够满足我们的要求。

(3)块体滑落破坏和顶板注浆要点

断层四周岩体破碎的几率较大，自然条件下块体保持静力平衡，采煤工作面不断推进断面没有支护的空间，处于这一空间块体无法处于静力平衡的状态，会顺着结构面发生剪切滑移的现象。块体承受垂直荷载以“Q”的形式体现，会顺着结构面的方向分解获得下滑力Qw为Qsinθ、正压力Qn为Qcosθ，θ表示结构面倾角，这个过程需考虑的是直接顶块裂结构块体滑落受到破坏，块体侧会朝着上标明、围岩发生脱落的现象，这时可采用C、S、f分别表示裂隙面上粘结力、块体裂隙面上表面积，以及裂隙面摩擦系数，结构面内摩擦角通过φ代表。完成注浆加固作业后邻近岩块接触面积S加大，浆液粘结性能致使注浆后裂隙面粘结力C升高，注浆后岩块稳定性m升高，这时工作面顶板可以保持稳定的状态。块体顶板横向挤压、支护阻力条件下，在跨度内成拱为平衡的状态，利于反映出拱的高度、推力线长短等相关情况[3]。通过研究发现完成注浆工作面顶板拱推力线压缩变形量降低、拱高度降低，工作面顶板——采购空区水平移动减小，有助于更好的进行工作面顶板维护工作。另外，注浆加固处理后可以确保岩层层面结合力，逐渐形成组合梁结构承受载荷。掌握了这一系列的要点以后，在针对块体滑落破坏问题和顶板注浆问题就可以及时的提出解决对策，而且做好准备工作也可以在很大程度上提高煤矿开采效率，如果在开始开采以后才注意到这些问题，如果不出现意外情况那么自然是好的，但是一旦出现意外就得不偿失了。

3.超前深孔注浆的材料性能、加固工艺相关参数

(1)超前深孔注浆材料性能

需要注意的是，注浆材料强度会受到多种因素所影响，因而在注浆材料类型、施工工艺下，应充分考虑到控制水泥使用量、水灰比对混合材料流动、析水性及抗压强度等构成的影响。注浆材料流动性关系注浆工艺，注浆材料流动性较佳、管道输送便捷、注浆扩散半径非常大，如果水灰比经0.62-0.7变化此时浆液扩散半径增加25%左右，然后浆液扩散半径会受到水灰比增加因素所影响。浆液析水性为受到水泥浆液颗粒沉降、体积收缩因素影响造成，其中析水性小的浆液性能变化不会很大，注浆的过程控制简单、不会直接影响到整体注浆效果；相反情况析水性较大浆液注浆、注浆效果过程的影响非常大。析水性过大浆液裂隙流动会受到水泥颗粒沉降影响，这时浆液流动断面缩小、堵塞裂隙概率增加，而且会对浆液流动及扩散构成阻滞。除此之外，析水性过大浆液完成注浆裂隙浆液受到沉降、体积收缩因素影响，这时固体裂隙出现且无法提高浆液凝结性能、充填质量。若是水灰比处于0.75左右，析水率变化是非常大的，析水率变化速度减缓。为确保注浆购材料配比参数合理，要求实验室施行1个月不同配比注浆材料强度试验，以此获得相应的试验数据，水灰比≤0.75，1个月龄期浆液材料抗压强度，受到水灰比影响比较小，能够保证浆液材料抗压的强度。这个过程应考虑到浆液流动性、析水性，以及抗压强度，明确最终的水灰比为0.75:1。这些数据都是在进行灌注之前都要确定好的，所以说监管工作人员在监管的过程当中，一定要充分了解好材料的性能，毕竟注浆材料的强度可能会被很多其他因素影响，尤其是在注浆的过程当中，受到水泥颗粒的影响比较大，所以说就要格外控制好水泥的用量，在其他材料配比方面也要事先做好准备，通过一系列的预实验确保最合适的水灰配比，这也是需要了解的性能当中的一部分。

(2)超前深孔注浆加固工艺相关参数

①超前深孔注浆加固参数

在8#钻场内施工数个长钻孔，钻孔顺着工作面倾斜方向，以扇形进行布设即可，钻孔全孔下注浆管、迎头为花管，其中花管、实管均通过专业封口器进行连接，钻孔孔壁、管壁将使用的为袋装聚氨酯+水泥浆封孔，封孔的长度在5m左右，以注浆管——断层面注入水泥浆。联系断层带煤岩体承受力、最小抗面、工作面围岩等情况，将供风量、供风压力及注浆终压分别设置为：每分钟2.5m3、0.5MPa、12MPa。按照浆液扩散半径确定注浆孔距为4.5m，现场使用的为袋装聚氨酯封孔，中部通过注浆短管注水泥浆即可，将长度设定在2.2m。这些加固参数的主要作用，就是为了确保在灌注的过程当中不会出现问题，因为无论是注浆管还是其他的管道，都会有一定的承受能力，不过超出了他的承受能力，就很有可能会导致管体破裂，这样一来不仅会拖慢施工进程，而且还会在一定程度上降低施工效率，所以说，确保加固参数是一项非常重要的工作，无论是施工人员，还是管理部门对于这些数据都要重视起来。

②超前深孔注浆加固工艺

第一，按照设计钻孔位置、参数，以及施工流程通过ZDY-372钻机、φ72mm螺旋钻杆作业，将钻头直径φ90mm打注浆孔。第二，下注浆管、封孔器，钻孔全孔下注浆管、花管，花管、实管均使用专业封口器进行连接。第三，为避免注浆的过程浆液受到注浆压力影响经钻孔口流出，建议使用聚氨酯药包+水泥浆封孔处理，封孔的范围为5m左右。第四，注浆使用电动注浆泵，并且需认真做好注浆管路、孔口管连接工作，开泵后注浆。第五，注浆压力提升后及时关闭压风停泵，完成单孔注浆作业，注浆以打5个孔、注浆的方式循环，直到所有区域注浆施工作业完成。相关需要注意的事项：A.明确喷浆的范围，钻机窝内部、钻机窝前、后煤壁侧12m、厚度约为90mm，在确保顶板完整的条件下喷浆——顶板时顺着沿空测首排锚索，顶板发生破碎喷浆到顶板巷道中心线，这时喷射砼的强度为C20。B.注浆管封孔使用的为水泥、树脂锚固剂。这两样材料的封闭性都比较好，你用这两样材料来为注浆管封孔不仅可以保证密封性，而且也可以确保封层的持久性，因为这两样材料在干燥以后都是比较坚硬的材料，就算是在日后风吹雨淋的条件下也可以保证封口的坚固，而且这两样材料还有性价比高的特性，这就可以在很大程度上节省开采成本，利用水泥和树脂锚固剂来封口操作起来也比较简单。

4.结语

通过研究发现大采深综采工作面过断层超前预注浆技术的应用，需明确大采深综采工作面过断层注浆的相关工艺及参数，以便为注浆加固奠定良好基础。本文通过对某矿工作面实践发现，采取上述技术处理，可很好的处理断层破碎带顶板垮落问题，同时维护煤矿企业的经济效益，利于促进煤矿企业的整体发展。