探究采礦工作面過斷層破碎帶注漿加固技術(shù)

摘 要：為了能夠讓工作面快速安全地穿過斷層破碎帶，使用馬麗散這種復(fù)合材料對較為高檔的普采工作面的破碎頂板進(jìn)行提前加固操作，相比于上鋼梁、導(dǎo)硐施工或者是做假頂?shù)葌鹘y(tǒng)技術(shù)，這種運用復(fù)合材料進(jìn)行注漿加固可以有效地減免頂板圍巖的垮落，并且能夠為搭建工作面單體支護(hù)爭取時間和空間，安全高效地對頂板進(jìn)行管理。該加固技術(shù)的施工工藝易于操作，并且具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟利益。

關(guān)鍵詞：工作面;斷層;注漿加固技術(shù);馬麗散

斷層的出現(xiàn)會導(dǎo)致工作面頂板或者圍巖破碎等難以控制等狀況，通常會造成冒頂甚至壓死支架的嚴(yán)重事故，最終導(dǎo)致工作面不能正常開采，降低工作生產(chǎn)效率。只有解決頂板圍巖的相關(guān)問題，才能在工作面斷層正常開采。本文作者以陽煤一礦81210工作面過斷層的問題作為實際案例進(jìn)行探索研究。提出采取保留底層煤層過斷層的策略，并根據(jù)將上盤頂板巖層進(jìn)行切割的方法，將馬麗散注入到頂板破碎位置，有效解決工作面出現(xiàn)頂板碎片的問題。

1 工作面概況

81210工作面所處位置為15#煤層，穩(wěn)定性較高，但是其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，并且含有夾矸7層。具有6.6 m煤層厚度，2°至4°煤層傾角?；卷斢傻[巖和中砂巖互層組成，所對應(yīng)的直接頂是4.98 m泥巖及砂質(zhì)泥巖構(gòu)成。老底由厚度為7.5m的粗砂巖組成;厚度為4.1 m的高嶺巖作為直接底。81210工作面煤層可以歸屬于單斜巖層，常規(guī)來講東南位置較低，反之，西北位置相對高一些，整體來說，其坡度相對平緩，而回采區(qū)域巖層的結(jié)構(gòu)相對簡單，頭順槽巷在掘進(jìn)過程中揭露正斷層共計8條，結(jié)果見表1。對比發(fā)現(xiàn)F2斷層的位置處于回采區(qū)，其長度為190 m，與之對應(yīng)的傾向為SE，走向為175，大致與工作面在一條直線之上，所以工作面只可以應(yīng)用正過。綜上，F(xiàn)2斷層是對工作面影響最大的，由此以F2斷層為參考目標(biāo)，探究工作面過斷層的技術(shù)和工藝。

2 注漿加固技術(shù)

2.1 注漿加固技術(shù)機理

當(dāng)工作面靠近斷層所在位置時，斷層巖層可能會發(fā)生破損，應(yīng)力會再次進(jìn)行分配。會出現(xiàn)圍巖層不穩(wěn)的狀況。斷層的存在也會導(dǎo)致圍巖破碎地更為劇烈，使工作面頂板破碎的更為嚴(yán)重。工作人員就可以在破碎煤巖體進(jìn)行注漿操作，巖漿就可以通過圍巖間的裂隙進(jìn)行擴散。隨后，煤體和巖體產(chǎn)生膠結(jié)，煤巖體強度得到一定提升，致使注漿區(qū)域的力學(xué)強度有效提高。

2.2 注漿材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)

馬麗散具有良好抗?jié)B透性能，可提高注漿區(qū)域的力學(xué)強度。注漿時可選擇馬麗散作為注漿材料，將樹脂材料和催化劑以1：1比例完全混合后，漿液的粘度會有所下降，能夠沿著巖體裂縫進(jìn)一步擴散。馬麗散具有較短的凝固時間，可以短時間內(nèi)大幅度提高煤體的支撐強度。選擇馬麗散注漿操作的原因是：①操作工藝簡單易行。多功能注漿泵的體積較小，且重量較小，一般兩人操作即可;②注漿前，無須進(jìn)行噴漿來封閉巷道幫頂;③對專用封口器應(yīng)合理設(shè)計，使封口操作簡單且節(jié)約時間;④注漿原料（馬麗散樹脂與催化劑）均用塑料桶進(jìn)行包裝，便于搬運和施工。

2.3 過斷層方法

2.3.1 制定工作面過斷層方案

圖1可知，斷層最大落差是4.0 m，工作人員須在現(xiàn)場對過斷層進(jìn)行上盤頂板巖層切割操作，由斷層的具體方法選擇性地對底板煤層進(jìn)行保留。因為F2斷層對工作面回采工作有較大影響，而該斷層可歸于貫穿工作面范疇，走向角度和傾角角度分別為175°和78°。可依照以下公式對支架起坡點位置進(jìn)行計算：L1=H（1/tanβ-1/tanα），L2=L1- tan/M，其中H為斷層斷距（m）;M：工作面采高（m）;β：起坡角度（°）;α：斷層傾角（°）。經(jīng)計算：L1為26.3 m，L2為24.1 m。由此可知應(yīng)將工作面的支架起坡點放置于頂板所處的位置，同時應(yīng)當(dāng)距離斷層面約為27m。

2.3.2 注漿方案

通過分析81210工作面煤壁和相應(yīng)頂板上的注漿孔分布與參數(shù)，在煤壁與頂板之間進(jìn)行注漿操作。工人可在距離斷層20 m位置注漿操作，保障工作面開采效率。①對工作面煤壁和與之相對的頂板分析，能夠在煤壁與頂板之間進(jìn)行注漿操作，注漿孔的深度可達(dá)到6m，孔徑可達(dá)到42mm以上。和封孔器相對應(yīng)的封孔位置可距離孔處范圍為1.5m至2m?？梢栽诠ぷ髅嫖恢蒙线M(jìn)行雙排鉆孔，高效改善注漿效果。兩排鉆孔距離工作面頂板和底板位置分別為1m和2m。其中，第一排孔與水平位置的設(shè)置為15°，第二排孔仰角設(shè)置為5°;②由于馬麗散具有良好的滲透性，其注漿半徑可達(dá)到2.5m，當(dāng)完美實現(xiàn)注漿效果時，可把注漿孔的間距設(shè)定為4 m，并且兩排孔以倒三角形進(jìn)行排列;③實踐證明，保證注漿效果關(guān)鍵在于準(zhǔn)確保證漿液注漿量。實踐經(jīng)驗表明，單孔注漿量設(shè)置為410kg時，還須間歇進(jìn)行注漿;④適當(dāng)提高注漿壓力使注漿效果顯著提升。不合適的壓力會造成劈裂、減小漿液擴散半徑等事故。經(jīng)過實踐和查閱相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，注漿壓力壓強的范圍為：12 MPa到14MPa。

2.3.3 現(xiàn)場注漿效果

為了解注漿后工作面頂板煤巖體位置的具體破損情況，筆者利用鉆孔窺視儀對注漿前后變化情況認(rèn)真觀察。裂縫經(jīng)注漿后，其硬度加強，工作面位頂板位置的漿液固結(jié)性能較好，對破碎的危巖體裂紋進(jìn)行填充，起到加固的良好效果。工作面頂板由砂、泥巖組成，其輕度較低，通常會影響到斷層，會產(chǎn)生冒頂甚至壓死支架的情況，要依靠注漿操作來改善。

3 實踐分析

工作面過斷層頂板破碎較為嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)冒頂及壓死支架等情況，所以在現(xiàn)場進(jìn)行切割上盤頂板巖層這項操作。在分析81210工作面狀態(tài)后，以注漿加固原理為基礎(chǔ)，本論文作者在注漿時利用馬麗散樹脂，且選取適當(dāng)?shù)淖{參數(shù)，實現(xiàn)對頂板破碎位置加固。對比注漿前后頂板工作面的狀況，注漿操作增加頂板的穩(wěn)定性。注漿操作有效提升斷層位置的力學(xué)性能，為過斷層階段提供安全性保障。

綜上所述，實踐證明使用馬麗散這種新型的化學(xué)加固材料和響應(yīng)的加固技術(shù)，及時對松散的圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，從而對巖體的整體強度有所增強。提高施工的安全性與可靠性，增加割煤速度，保證工作面的循環(huán)效率;可應(yīng)用于煤礦采煤工作面存在異常情況。該技術(shù)還可應(yīng)用在煤炭生產(chǎn)過程的其他步驟，例如：采煤片幫或冒頂這種頂板破碎嚴(yán)重的情況。所以，使用馬麗散樹脂及相關(guān)加固技術(shù)被大力推廣，不僅對安全有所保障，減少因瘦斷層或者頂板破碎對采煤工作出現(xiàn)停產(chǎn)，跳面或者搬家的影響生產(chǎn)的緊急狀況，還能夠節(jié)省時間，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]尚磊.綜采工作面超前掘巷過斷層構(gòu)造帶技術(shù)分析[J].礦業(yè)裝備，2019（06）：33-35.

[2]寧義國.綜采工作面快速過斷層技術(shù)方案實踐[J].煤炭技術(shù)，2018（07）：40-42.

[3]徐剛.大采高綜采工作面過斷層技術(shù)研究[J].山西能源學(xué)院學(xué)報，2019（03）：96-98.

作者簡介：

徐衛(wèi)華（1977- ），男，本科，采礦助理工程師，陽煤中小企業(yè)投資管理集團第一有限公司總經(jīng)理。