綜采工作面過陷落柱深孔預(yù)注漿加固技術(shù)

王 凱

（晉城藍(lán)焰煤業(yè)股份有限公司成莊礦，山西 晉城 048000）

成莊礦地質(zhì)條件較復(fù)雜，陷落柱是礦井生產(chǎn)常見的地質(zhì)構(gòu)造之一。在陷落柱影響區(qū)域內(nèi)，煤體幫部和頂板大部呈現(xiàn)松軟破碎的狀態(tài)，受到大采高工作面超前支撐壓力影響，巷道圍巖有進(jìn)一步失穩(wěn)破壞的可能。針對這一技術(shù)難題，通過采用超前深孔注漿技術(shù)預(yù)先對破碎煤體、頂板進(jìn)行加固，有效改善安全生產(chǎn)條件，為安全高效通過陷落柱影響區(qū)域提供保證[1-4]。

1 工程概況

5308 工作面開采3#煤層，煤層平均厚度6.07m，傾角平均為5°，埋深平均為472m。在工作面推進(jìn)至1353m 處時，遇到X136 和X137 陷落柱。X136陷落柱傾斜長53m，走向長63m，距離53081 巷99.7m，距離53083 巷65.8m；X137 陷落柱傾斜長58m，走向長93m，距離53081 巷88.09m，距離53083 巷71.5m。X136、X137 陷落柱位置示意圖如圖1 所示。

圖1 X136、X137 陷落柱位置示意圖

工作面頂幫受到陷落柱影響，煤巖體疏松破碎，內(nèi)部裂隙極其發(fā)育。隨著工作面推進(jìn)即將受到超前支撐壓力影響，極易造成工作面煤壁片幫，誘發(fā)大面積頂板冒落事故。超前支撐壓力的影響不可避免，預(yù)先深孔注漿加固破碎煤巖體成為唯一可行措施。利用無機(jī)漿液良好的擴(kuò)散性能及后期固結(jié)強(qiáng)度，將煤巖體內(nèi)原生裂隙充填密實(shí)，將已破碎的煤巖體膠結(jié)起來形成完整的承壓體，大幅改善破碎圍巖的抗壓性能，保障巷道煤巖體穩(wěn)定性，深孔預(yù)注漿是降低陷落柱不利影響最有效的手段之一。5308 工作面通過陷落柱影響區(qū)域的總體方案是：提前在陷落柱影響的區(qū)域施工注漿鉆孔，完全覆蓋陷落柱可能影響的區(qū)域，隨后進(jìn)行無機(jī)材料注漿作業(yè)，加固破碎煤巖體，同時，配合合理的輔助安全措施保障5308工作面通過陷落柱影響區(qū)域的安全[5-8]。

2 注漿加固施工

2.1 注漿鉆孔布置

完全覆蓋X136 和X137 陷落柱影響區(qū)域共需要加固范圍為198m，結(jié)合5308 工作面回采中過X135 陷落柱時煤壁片幫情況，本次采取兩種不同的布孔方式：在陷落柱邊緣布置的鉆孔，鉆孔間距為4m；陷落柱內(nèi)部布置的鉆孔，鉆孔間距為6m。注漿鉆孔分為頂板鉆孔和煤層鉆孔，其中頂板注漿鉆孔21 個，煤層注漿鉆孔20 個，共計41 個鉆孔，鉆孔開孔位置距煤層底板均為1m。在陷落柱X136鉆孔區(qū)域內(nèi)，頂板鉆孔與水平線設(shè)計的施工夾角為8°，孔深174m，煤層鉆孔與水平線設(shè)計的施工夾角為6°，孔深173m；在陷落柱X137 鉆孔區(qū)域，頂板鉆孔與水平線設(shè)計的施工夾角為10°，孔深168m，煤層鉆孔與水平線設(shè)計的施工夾角為6°，孔深167m。鉆孔布置示意圖如圖2 所示。

圖2 X136、X137 陷落柱區(qū)域注漿孔布置平面示意圖

2.2 注漿工藝

（1）注漿材料

注漿材料優(yōu)先采用普通425 硅酸鹽水泥+水玻璃注漿，因其擴(kuò)散性能良好，具備早強(qiáng)特性，價格低廉。

（2）注漿封孔技術(shù)

采用雙液速凝材料進(jìn)行封孔，即在孔口10m范圍內(nèi)，插入5 節(jié)2m 長的1 寸無縫鋼管，鋼管之間采用接箍連接，孔口一節(jié)上要安裝高壓球閥，前后兩節(jié)表面焊鐵絲固定棉紗；在孔內(nèi)插入封孔鋁塑管，通過鋁塑管向封孔段灌注入速凝材料，封孔段固化1h 后即可進(jìn)行注漿作業(yè)。封孔結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示。

圖3 封孔結(jié)構(gòu)示意圖

（3）注漿壓力

注漿壓力是由機(jī)械設(shè)備向漿液提供的促使其在破碎煤巖體中進(jìn)行擴(kuò)散、流動、擠壓等作用的驅(qū)動力，注漿壓力對加固效果的影響顯著?，F(xiàn)場實(shí)踐表明，隨著注漿壓力的提高，漿液的擴(kuò)散范圍擴(kuò)大，裂隙密實(shí)程度越高，后期結(jié)石體強(qiáng)度也越高。本次注漿是以注漿加固為主要目的，建議終孔注漿壓力6～8MPa，在實(shí)際注漿過程如果巖層裂隙不發(fā)育，注漿難度較大時可適當(dāng)提高終孔壓力，最高不超過10MPa。

3 安全技術(shù)措施

（1）注漿孔施工作業(yè)時，務(wù)必按照設(shè)計嚴(yán)格施工，保證鉆孔角度和孔深；采取鉆頭防跑偏措施，保證鉆頭沿直線前進(jìn)，建議優(yōu)先選用千米鉆機(jī)進(jìn)行施工。

（2）注漿作業(yè)過程中，首先確保封孔質(zhì)量達(dá)標(biāo)，防止后期注漿壓力上來后出現(xiàn)孔口漏漿的現(xiàn)象；嚴(yán)格控制材料配比，保證漿液質(zhì)量；按照設(shè)計施工，確保單孔注漿量和注漿壓力；注漿管路連接安全可靠，出漿口設(shè)置泄壓閥；注漿作業(yè)結(jié)束后，立即用清水沖洗注漿管路。

（3）過 X136、X137 陷落柱期間，加大對煤幫和頂板的管理力度，杜絕由片幫引起的冒頂事故；現(xiàn)場作業(yè)人員一旦發(fā)現(xiàn)片幫、冒頂跡象，及時上報，補(bǔ)注化學(xué)材料；當(dāng)發(fā)現(xiàn)頂板破碎完整性差時，嚴(yán)格采用帶壓移架的方式，同時操作降柱及移架手把，當(dāng)支架擦頂前移時停止降柱，促使破碎矸石滑向采空區(qū)減輕頂板壓力；液壓支架操作應(yīng)嚴(yán)格按照措施進(jìn)行，保證支架初撐力達(dá)標(biāo)。

（4）過X136、X137 陷落柱前期，備齊工作面關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備易損件，加大機(jī)電設(shè)備檢修力度，保證機(jī)電設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)；過陷落柱期間，加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備管理，嚴(yán)禁機(jī)電設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，避免因機(jī)電事故導(dǎo)致的工作面停機(jī)；乳化液泵應(yīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，泵站供液壓力不應(yīng)低于30MPa。

4 結(jié)論

5308 大采高工作面過陷落柱影響區(qū)域深孔預(yù)注漿技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用，將受陷落柱影響的破碎煤巖體膠結(jié)成為整體，大幅改善其抗壓性能，保證了巷道煤巖體的穩(wěn)定性，確保工作面通過時割煤、移架等工序的正常進(jìn)行，保障礦井安全生產(chǎn)；同時，與化學(xué)材料淺孔注漿相比，經(jīng)濟(jì)效益顯著。