综采工作面顺槽破碎带注浆加固技术应用

2022-06-04王晓亚

山西冶金 2022年2期

王晓亚

（汾西矿业集团高阳煤矿，山西孝义 032300）

在煤矿综采工作面当中，顺槽破碎带产生冒落的影响因素相对比较复杂，其中由于受到复杂地质构造因素的影响，比如开采工作面产生断层、褶皱、裂隙问题等，会造成顶板和地板位置的围岩结构破碎程度不断升高，出现巷道顶板局部受力不均匀进而产生网包情况。另一种是受到工作面的掘进工作扰动，顶板位置的受力变化程度相对较高，受到上述两种因素的影响，会造成综采工作面巷道产生比较严重的冒落情况。传统形式下放顶煤工作面顺槽巷道如果产生比较严重的破碎带情况下，通常煤矿开采工作单位会使用铺网，对表面进行二次加固和防护处理工作面回采巷道破碎带范围之内，工作面和安全出口的三角区域破碎带顶帮受力条件无法进行有效控制，进而会形成冒落情况，通过采取注浆加固处理方法，可以对这些问题进行有效控制。

1 综采工作面情况

某综采工作面煤层结构整体为单斜构造，煤层的平均厚度大小为9.25 m，煤层倾角范围在3°～9°之间。开采工作面高度范围在3.3～3.5 m 之间，工作面长度为245 m，顺槽总长度2 850 m。在放顶煤工作面过断工作期间，胶带顺槽和辅运顺槽两个位置，前后区域的巷道顶帮位置破碎程度相对较高，巷道钢带的边角位置的锚杆和网片出现严重的破坏，同时网片的拉扯变形情况比较严重，很多位置产生网包情况。在综采工作面的推进工作过程中，受到超前应力作用和影响，液压单体支柱结构在支护点位上没有起到应有的防护和支撑作用，进而造成巷道部分出现比较严重的漏顶问题，影响到整个综采工作面的开采工作安全性。基于巷道断层附近区域破碎带存在的不完整性，有效提出使用液态化学黏接材料对其进行加固处理，同时在断层破碎带的初期和裂隙刚刚发育的情况下，提前使用注浆黏接加固处理工作方法，并且使用液态化学加固材料，对开采工作面两帮位置破碎带进行充分加固处理，有效保证整个煤矿开采工作的安全性和稳定性。

2 注浆加固施工方案

有效结合本次综采工作面的地质条件情况和开展工作环境展开全面的前期勘察工作，并且对开采工作面顺槽破碎带注浆加固设计工作内容进行明确，同时对整个综采工作面临的治理工作效果进行监测和分析。

2.1 加固工作方案设计

首先，在本次开采工作面两条顺槽巷道断层位置，所处区域的接漏破碎带进行事先打眼处理，同时为了有效提高注浆加固处理工作效果，需要对注浆孔的位置进行准确设定，并且严格依照事先制定好的施工参数来进行控制（见图1）。基于工作周期以及地质结构的具体构造工作情况，注浆孔的深度大小设置为10 m，扩散半径大小为3 m，根据顶板破碎区域顶帮破碎叠合区域，以及分帮部破碎区域的受力条件情况，将注浆孔之间的间距大小进行有效控制。在项目工程施工过程中根据帮顶破碎程度，有效缩短注浆孔的间距大小。通常情况下，注浆孔距离、顶板距离控制在1.5～2.5 m 之间，实际注浆工作压力设定为2 MPa[1]。

图1 工作面情况

2.2 注浆加固施工要求

放顶煤工作面破碎带在注浆加固工作过程中，需要保证破碎带初期裂隙刚刚出现的情况下，需要提前针对性的进行注浆加固处理工作，同时还需要对巷道顶帮产生的严重破碎区域位置进行确认，有效保证注浆加固工作位置的精确性，控制注浆总量防止出现一些不稳定性问题，需要基于前期的地质条件勘察以及矿体压力，监测参数信息进行分析，对巷道位置产生破碎的围岩结构进行重点勘察，并且结合围岩结构的实际工作情况，有效开展注浆加固处理工作，需要合理设置注浆孔的施工配置，同时保证注浆孔的深度大小符合工程施工要求。在工作面安全出口位置，如果产生顶帮破碎带的情况下，必须要及时对其进行注浆加固处理，有效保证整个工作面的快速向前推进。因为，传统形式下所使用的木垛直接接顶等处理方法，会直接影响到整个综采工作面的推进工作速率，进而造成工作面的超前支撑压力位置产生变化，工作面继续向前推进过程中，所形成的冒顶问题范围也在快速扩大，最终很有可能会出现压架垮塌等问题，更严重会出现人身安全事故。在不考虑工作面存在的支撑压力重合问题的影响条件下，工作面超前支撑需要距离煤矿巷道内壁4～8 m 距离，相当于2.0～3.5 倍的回采高度，实际影响工作范围控制在40～60 m 之间，一少部分可以达到60～80 m，通常注浆孔的深度控制在8 m 左右[2]。

2.3 注浆加固材料选择

注浆加固施工材料需要保证强度更高、材料固化速度更快，同时具有较强的渗透性特点，现阶段比较常用的注浆加固材料，从性质方面可以将其分为三种形式，第一种属于物理混合形式，第二种属于复合反应型形式，第三种属于本质安全形式的产品。在本次注浆材料使用工作过程中，选用的是超聚混凝土注浆施工材料，该材料不但具有无机材料的优势，同时也有着有机材料的使用特点，通过该材料的使用有效解决了有机高分子材料在反应过程中温度过高，以及稳定性较差等方面的缺点，同时也解决了无机材料黏接性能较差以及成型强度偏低等方面的缺陷。同时这种加固材料在使用过程中，具有较强的流动性和渗透性特点，在材料的固化时间和抗压强度上可以进行有效调整，在本次综采工作面顺槽破碎在加固处理工作中应用效果非常明显[3]。

2.4 注浆加固处理工作情况分析

在本次综采工作面顺槽破碎带加固处理工作过程中，对于注浆施工工艺与普通的化学注浆施工方法基本保持相同，在注浆过程中主要是以打眼、安装注浆管、封孔以及清洗注浆泵等几个重要操作流程来加以实施。在现场进行加固工作过程中，具有以下几个方面工作特性：

1）随着煤矿开采工作面临的不断向前推进，围岩地质构造更加复杂，同时工作面的顺槽压力大小也在出现一定的变化，在注浆工作过程中需要保证循环不间断开展，相邻的两个循环注浆施工深度大小需要控制在1 m 以上。

2）需要实时性观察煤矿矿道破碎带的围岩结构整体受力状态以及稳定性情况，如果产生受力不稳定性问题需要及时改变注浆孔的设计工作方法，对注浆施工处理方式进行合理调整。

3）每一个循环注浆加固施工的间距大小，需要始终和综采工作面的超前支撑压力大小保持相同，避免出现受压程度不同而产生安全隐患，为了有效保证注浆加固工作的安全性和稳定性，需要合理使用工作面检查班工作模式，合理安排注浆加固时间和注浆加固方法。

4）对于顺槽巷道内部可能出现的顺槽生严重的破碎问题，必须要提前对其进行加固和控制，如果产生严重的冒落问题会对后续的注浆加固工作形成较大的影响，严重的情况下甚至会出现巷道坍塌等严重的安全隐患，对整个项目工程施工的顺利进行造成严重影响[4]。因此，需要根据注浆加固施工段的煤矿巷道围岩结构条件，对中放冒顶注浆施工方法进行确认，通过使用超聚混凝土材料进行注浆加固处理，同时对最终的架构工作效果进行监测和分析。在经过动态注浆加固处理工作之后，本次煤矿开采工作面断层破碎带区域的围岩结构和煤体结构之间可以进行有效衔接，整体的加固效果非常明显，可以有效保证煤矿巷道的结构完整性和安全性，有效防止破碎在区域产生严重的漏顶事故，保证整个煤矿开采工作的安全稳定开展[5]。