3308II 综放工作面过断层构造带注浆加固技术应用

2021-06-05赵子勋

山东煤炭科技 2021年5期

赵子勋

（山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿分公司万里井，山西晋城 048000）

在煤矿开采进程中，工作面推进时常会遇到断层、构造带等不良地质条件，受断层构造带等的影响，局部区域围岩及煤体的整体性较差，经常表现出破碎、强度低、不稳定等特点，若不能很好地控制围岩稳定，工作面在推过时，尤其是在大采高综放条件下，极易导致事故灾害发生。注浆加固是解决上述问题的一种有效措施，通过将浆液注入破碎围岩，将原本较为破碎的煤岩体胶结成块，形成相对更加连续完整的整体，有效增强了围岩的强度，防止或减少冒顶、垮落发生[1-10]。

1 工程概况

万里矿井田位于山西省泽州县下村镇万里村东0.5 km，距晋城市25 km。矿井设计产能300 kt/a，采用立井开拓。3308II 综放工作面布置在+730 m水平，井下标高+736～ +753 m，工作面斜长116 m，3 号煤层结构简单，煤层厚度为6.25～6.40 m，平均厚度为6.33 m，煤层倾角8°～15°，为缓倾斜煤层，含有夹矸0～3 层，硬度f=3。煤层顶底板岩性描述见表1。

表1 煤层顶底板情况表

通过在工作面上下顺槽布置注浆站，提前向工作面前方注浆，保证工作面过断层时的安全生产。

2 工程应用

2.1 注浆加固原理

注浆加固，是通过使用高压注浆泵，沿定向钻孔朝着裂隙区域压入具有凝结作用的浆液，浆液在高压作用下，渗透进入破碎带、裂隙带的缝隙，在催化剂的作用下，经化学反应形成胶结状产物，与周围破碎的岩体、煤体一起构成连续支撑体，从而避免在工作面推过时，大量的松散破碎的岩块导致垮落、片帮、冒顶。按照注浆方式不同，可划分为四种类型：

（1）渗透。带压注浆，压力大小不足以破坏原有地质构造，但完全可以把浆液加压渗入裂隙，将破碎岩体胶结为一体。

（2）压密。浆液进入裂隙后，置换出原有气体，挤压松散的岩体更加紧实。

（3）劈裂。注浆压力超过原岩应力后，引起更大范围的劈裂及裂隙发育，从而达到改善岩体强度的目的。

2.2 注浆材料

常用的注浆材料按属性分为无机和有机两种。无机材料主要为水泥类注浆材料，此类注浆材料具有便宜、易用等特点，缺点是需要长时间加压注入，注入后需要凝结时间。常用的有机注浆材料有聚氨酯、漏必堵等高分子材料，此类材料因反应快、膨胀率高等特点，注浆后几乎不需要预留凝结时间，可适应快速施工需要。因此，本次选用天固有机注浆材料。浆液注入后，可迅速凝固胶结，且具有较好的放水性、柔韧性，即可以使用常规的注浆泵加压注入，又可以满足膨胀胶结的需求。

2.3 注浆设备

结合矿井生产实际及注浆需要，选择使用型号为ZBQS-10/10 多功能气动注浆泵，配合混合枪、高压胶管、封孔器使用。打孔使用工作面现有的液压钻机，配备麻花钻杆。

2.4 注浆参数设计

根据断层分布位置，分别在3308II 综放工作面回风巷、运输巷布置①号、②号两个注浆站，在注浆站内向煤壁打钻，形成1#、2#注浆通道。注浆站及注浆通道布置示意如图1。

为减少钻孔施工，降低工作量，尽量使用巷道内已有的瓦斯抽采钻孔加深补孔使用。每个注浆站布置上下2 排5 个钻孔，钻孔倾角8°～15°，钻孔相互间隔3 m，钻孔长度40～80 m，钻孔水平相互间隔3 m，两排之间竖直间距1.5 m，钻孔长度40～80 m。注浆站内钻孔布置示意如图2。

图1 注浆站及注浆通道布置示意图

图2 注浆站钻孔布置示意图

2.5 注浆工艺

（1）注浆加固过程

注浆加固过程按照钻孔设计、注浆施工、现场评估、停止作业四个步骤进行。注浆加固需要进行打孔、封孔、注浆三个步骤。钻孔完毕后将注浆管深入孔底，完成封孔后开始注浆，当浆液初步填充完毕后，会产生回流，此时煤岩体内现有较大裂隙被填充到位。需保持一定注浆压力继续注浆，浆液在高压作用下向裂隙内部渗透，直至高压保持一段时间后停止注浆。一定时间内，浆液固化，原本破碎的煤岩体被胶结成为一个整体，较原有状态强度增大，承载能力增强。

（2）注浆压力设计

注浆压力对浆液能否充分填充裂隙具有较大影响，压力不够会造成注浆效果打折，压力太大则会造成劈裂注浆，更加剧煤岩体破碎，导致片帮、冒顶。因此，单孔注浆压力可采用以下公式初步计算：

P=（2.5～2）H×r/100

式中：P 为注浆最大压力，MPa；H 为注液点到静水位的水柱高，m；r 为水的密度，取1。