黑龙煤业2103 综采放顶煤工作面注浆加固过空巷技术应用

武 涛

（潞安化工集团蒲县黑龙煤业有限公司，山西 临汾 041204）

1 工程概况

潞安集团黑龙煤业2103 综采放顶煤工作面回采9+10+11 号煤，9 号煤层均厚0.8 m，10+11 号合并煤层均厚4.8 m，9 号煤层与10+11 号煤层间夹矸均厚1.6 m。工作面地面位于毛家沟村南220 m，东侧为一采区三条开拓大巷，北侧为实体煤，南面是已采2101 工作面，与原2101 回风顺槽之间保护煤柱30 m。所采煤层与上水平2 号煤层之间垂直距离109 m，工作面为走向布置，切眼长度190.5 m，可采长度655 m，如图1。2103 综放工作面回采过程中需穿越旧采破坏区，进入该区域后工作面顶板围岩破碎，胶带巷围岩失稳破坏。为保障工作面的安全高效生产，设计采用超前注浆充填、加固技术。

图1 2103 工作面巷道布置详情

2 注浆钻孔布置方案

2.1 工作面注浆孔布置

工作面破碎围岩注浆深度10～15 m，孔径Φ45 mm，工作面侧煤壁破碎围岩注浆孔终孔垂直高度高于巷道顶板1.0 m，沿工作面煤壁每隔5 m 在煤帮破碎地段布置1 个注浆孔，钻孔直径45 mm，注浆孔布置在11 号煤层底板向上1.3 m 处，垂直于工作面煤壁以仰角9°进行打眼，采用可接钻杆进行打眼，之后套入注浆套管进行注浆。注浆孔布置如图2。

图2 工作面注浆钻孔布置示意图（m）

2.2 2103 胶带巷实体煤帮注浆孔布置

沿顺槽走向每隔5 m 在煤帮破碎地段布置2 个注浆孔，钻孔直径45 mm。一个注浆孔布置在底板往上1.3 m 位置，仰角5°，钻孔深度6 m；另一个注浆孔布置在顶梁往下0.5 m 位置，仰角20°，钻孔深度6 m。注浆孔内埋入注浆铁管，注浆管长3 m，外径Φ40 mm，内径Φ35 mm，一端过丝，注浆孔位置、角度可以根据现场实际情况变化随时调整。注浆孔布置如图3。为了保证破碎围岩注浆效果，需要提前对顺槽注浆范围内注浆侧实体煤帮顶板松散破碎地段用工程板、木楔、编织袋等材料进行封堵。煤帮比较完整地段，通过调整浆液浓度等手段及时封堵漏浆，达到控制冒浆、漏浆的效果。

图3 2103 胶带巷注浆孔布置示意图（m）

3 注浆材料及注浆工艺

注浆材料选用铝基高固水注浆材料，铝基高固水注浆材料主要由A、B 两种主要骨料构成[1-2]，A、B 两种组分以1:1 比例配合使用，材料本身无毒、无害、无腐蚀性。各种材料在干燥的条件下保质期为5 个月，强度可据需要进行调整，满足注浆要求。其具有体积应变较小、凝结时间易调、输送距离不受限制等优点，材料固体不收缩，具有微膨胀性。铝基高固水注浆材料压缩性能较好，再生强度高，含水率可达86%～99%，7 d 强度可达到最终强度的95%以上。

泵站布置在2103 胶带巷距注浆点不大于100 m处，采用ZBYSB180/15-22 型煤矿用液压注浆泵。A 料配1 个搅拌桶，B 料配1 个搅拌桶，搅拌桶规格：外径1.26 mm，内径1.24 mm，净高1.25 m，水位高度0.95 m。材料堆放场地布置在搅拌桶附近，输液管路均采用内径32 mm 的高压胶管，能够承受最大压力为15 MPa，胶管长度为高压泵站与充填点之间距离的2 倍，2 个搅拌桶分别接通一路16#高压胶管进行供水，搅拌桶上方搭设操作平台便于上料。

注浆作业工序：

（1）运料。当日所需注浆材料通过轨道巷运至材料存放处，A 料、B 料分开放置。

（2）制浆。在A 料搅拌桶和B 料搅拌桶分别放入适量的材料和水进行搅拌。

（3）注浆：标记钻孔点位→钻孔作业→检查钻孔质量→安装注浆管→封孔→注浆→检验钻孔。

① 标记钻孔点位：按照注浆设计方案及现场实际情况确定钻孔位置。

② 钻孔作业：采用矿用风动钻机配合专用注浆钻杆在工作面垂直煤帮施工注浆钻孔，孔径45 mm。

③ 检查钻孔质量：钻孔施工完成后，认真检查是否存在塌孔、歪斜等质量问题，合格后方能进入下一道工序。

④ 安装注浆管：将注浆管装入合格的注浆孔。

⑤ 封孔：利用专用封孔材料将注浆管和孔壁间隙进行封堵。

⑥ 注浆：首先将注浆泵、搅拌桶、注浆管通过橡胶管路连接好，然后进行清水注浆检查管路的密封性、连接效果，待管路不存在漏液、错接等问题后，通过各自管路分别将A、B 料通过注浆泵注入注浆孔内。

⑦ 检验钻孔：在相邻注浆孔之间靠顶板大约50 cm 处以仰角12°沿注浆孔方向钻孔检验注浆效果，如果效果达不到要求，必须进行二次注浆。

4 应用效果分析

4.1 工作面矿压显现特征

2103 工作面采用上述方案对前方空巷进行充填加固后，回采期间在液压支架上安装监测仪器[3-4]，整理得到靠近2103 胶带巷一侧液压支架工作阻力的变化规律，展示较典型的结果如图4 所示。工作面进入和通过空巷影响区（长度150 m）时，液压支架工作阻力在合理范围内波动起伏，未发现剧增或骤减等现象，周期来压时液压支架工作阻力为8400 kN 左右，液压支架额定工作阻力10 000 kN，未出现超出其荷载能力的现象，表明注浆充填加固后，工作面顶板完整性、稳定性良好。

图4 液压支架工作阻力变化规律

4.2 2103 运输巷矿压显现特征

2103 工作面回采期间，在空巷附近的运输巷内布置测点监测其顶板下沉量及注浆加固实体煤帮变形量，整理得到其位移量变化规律如图5 所示。巷道顶板及实体煤帮在超前工作面约35 m 时开始变大，在距工作面35～10 m 期间，顶板和煤帮变形量基本呈直线型稳步缓慢增大，距工作面约10 m时，变形速度明显加快。最终顶板下沉量最大值为72～143 mm，实体煤帮内移量最大值103～201 mm，巷道表面整体变形量较小，能够满足其正常使用要求，工作面顺利通过空巷影响区域。

图5 巷道表面变形规律

5 结语

依据2103 工作面前方空巷赋存特点，设计采用铝基高固水注浆材料对老空巷进行注浆充填、加固，对采煤工作面及胶带巷实体煤帮进行注浆孔设计。注浆改造后工作面回采经过空巷影响区，液压支架工作阻力未出现突变现象，周期来压时液压支架工作阻力约为8400 kN，未出现超出其荷载能力的现象，回采巷道顶板下沉量最大值为72～143 mm，实体煤帮内移量最大值103～201 mm，工作面顺利通过空巷影响区域。