丛龙峰

【摘 要】高应力破碎顶板综采工作面顶板难以控制，片帮漏顶严重制约正常生产。生产过程中除了应用防片帮漏顶的传统方法外，为提高煤层整体稳定，确定煤层注浆的技术方案，并针对现场实践中遇到的问题，提出短壁注化学浆的方法，可使煤层形成较硬的胶结层，煤层顶板稳定性显著提高。

【Abstract】It is hard to control the roof of fully mechanized coal mining face with high stress broken roof， the collapse of coal wall and roof leakage severely restricted the normal production. In the process of production， in addition to use the traditional methods to prevent the collapse of coal wall and roof leakage， in order to improve the overall stability of coal seam， the technical scheme of coal seam grouting is adopted. And in view of the problems encountered in the field practice， the method of short wall injection of chemical slurry is proposed， which can make the coal seam form a hard cementation layer， and the roof stability of the coal seam is significantly improved.

【關键词】短壁注浆；顶板控制；破碎顶板采煤工作面

【Keywords】short wall grouting； roof control； broken roof coal mining face

【中图分类号】TD263.3 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）02-0183-02

1 引言

新三矿162601工作面为综采工作面，工作面煤层为单斜煤层，煤层走向NW55°，倾向NE，倾角7～15°，平均为11°，煤层厚度2.8～4.5m，平均4.2m。工作面采煤方法为倾斜长壁轻型综采放顶煤后退式方法。工作面地质构造较为复杂，掘进时揭露8条断层。目前揭露两条正交断层，受断层影响，工作面第34台～43台支架煤壁及顶板较破碎，出现片帮，尤其在35～38台支架处由于空顶时间较长而发生冒顶，冒高约4～5m，致使综采工作面推进较为缓慢，严重影响到综采工作面回采生产与安全。为加快推进，早日推过该构造带，需另采取有效的措施来防止煤层片帮空顶，使工作面安全顺利推过该构造带。

2 概述

根据现场观察及以往其他矿的实际经验，宜采用化学注浆加固的方式，对工作面断层带附近煤壁及破碎顶板进行超前注浆加固，使其凝结成为一个整体，提高煤壁及顶板的黏结强度，减少煤壁片帮范围及深度，控制顶板垮落，确保工作面安全生产。在2601工作面推采过程中除实施以上技术措施外，重点对煤层注浆进行了实验研究。合理的煤层注浆可增加煤体颗粒之间的黏聚力，降低煤的脆性，增加煤壁及顶板的整体性延缓煤壁的片帮漏顶，给工作面一定的拉架时间，有效的控制煤壁及梁端顶板的片帮冒落，形成不易脱落的再生顶板。

2.1 方案设计

针对本次工作面的特殊情况，设计在工作面构造变化处从煤壁面布置注浆孔，对工作面受构造破坏的煤壁及伪顶顶板进行注浆加固。注浆时以割煤循环为单位，根据工作面推进速度确定注浆段长度适当进行注浆，保证工作面正常推进。

2.2 注浆材料选择及性能指标

注浆加固从注浆材料来看分为无机和有机（即化学）两种。无机材料以水泥或水泥-水玻璃双液为主，该类浆液为颗粒型，而且凝固时间不宜调节，跑漏严重，浆液在凝固过程中离析析水，凝固体强度上升慢且脆性大，主要用于裂隙较大，无动压影响且变形量较小，自身强度较高的围岩注浆，对于冒顶处理无能为力。而化学浆液为溶液型，可以渗透到细小的裂隙和孔隙内，浆液反应速度快而且反应时间可调，凝固体有较高的弹性，强度上升快，在几分钟内可达到最终强度的90%以上。

根据回采工作面冒顶治理的使用特性，煤岩体极为松软破碎，且稳定性差，煤壁及顶板承受动压影响等因素要求注浆材料应具有凝固速度快、固结体强度上升快、材料应有较好的韧性等特性。因此选用波雷因注浆材料。

波雷因注浆材料由A、B两种组分组成。当A、B两种组分以相同的体积充分混合后，能形成较高强度并具有较好韧性的固结体。该浆液具有较高的粘合力和较好的机械性能，与煤、岩层有较好的亲和力，固结体的柔韧性能承受一定的地层变形。材料注入破碎煤体、岩石后，低黏度混合物保持几秒钟，迅速进行一系列的复杂化学反应，与煤岩体形成具有一定强度的固结体，从而起到加固煤壁及顶板的作用。其性能指标如下：

波雷因性能指标：

波雷因浆液A、B两种料以1∶1的比例注入煤岩体裂隙中，以孔口管为中心，向四周渗透和扩散，充填破碎、松散的煤岩体裂隙，并且在材料自身二次发泡、膨胀的推动下，渗透到围岩的深部微细裂隙内，浆材胶凝后将松散、破碎的煤岩体胶结在一起，起到挤压充填、粘接补强且具有一定塑性变形能力的作用。

2.3 注浆钻孔布置

注浆孔开孔位于顶板以下2.0m，孔间距2.5m，孔深6m。钻孔垂直工作面方向上仰20～23°，以终孔进入顶板1m为准，每一循环钻孔布置要与前一循环成交叉五花布置。endprint

2.4 注浆参数

①注浆终压

根据围岩条件与类似工程经验，确定6m注浆孔注浆终压为：3～5MPa。

②注浆扩散半径 R=（γgha/2s+a）β

式中：γ为水的容重，g为重力加速度，s为浆液剪切强度，

h为注浆压力，a为岩层的间隙等值半径，β为时间系数

实际施工时通过调整浆液的胶凝速度、渗透性和注浆终压，保证实际有效扩散半径不小于1.5m 。

③ 单孔吃浆量 Q=AπR2 L n B

式中： A为损耗系数，R为有效扩散半径，L为注浆段长，

n为开口孔隙率，B为浆液充填系数

预定每孔注浆量为300～350kg。如果单孔注浆量达到了设计数量而未达到设计终压时，停止注浆，以设计量为准。

2.5 打眼和注浆设备

注浆泵和浅眼帮锚杆机采用压风作动力，用φ25mm高压胶管将压风接至注浆或打眼地点，前端加装φ25mm高压球阀。

打眼设备：工作面煤壁及顶板采用风动锚杆机钻眼，配φ28mm和φ32mm相应规格的钻头。

注浆设备：采用ZBQ-5/12型风动双液注浆泵，技术参数如下。

2.6 注漿施工工艺

标孔→钻孔→检查钻孔质量→安装注浆管及封孔部件→封孔→准备浆液→开泵注浆→凝固→检查注浆质量→验收。

注浆量：工作面注浆量按循环计算。每循环预计需打孔5个（按注浆范围为12.5m），用量为1.75吨。预计走完构造段（约75m）需25个循环，预计总注浆用量43.75吨。

3 效果分析

通过使用局部短壁注浆的方法，且注浆孔1.5m范围内能形成较硬的黏结层，煤机割煤后煤壁基本不片帮漏顶，压缩了维护顶板的时间，减少了人员维护顶板的材料费用支出，采煤机开机率由原来的18%提高到52%，经济效益和安全效益显著。

4 结论

工作面注浆技术具有成本低、操作简单节省材料，工人劳动强度低，黏结效果良好等特点。该技术的应用，使工作面局部顶板破碎地点顶板得到了有效控制，保证了安全生产，该工艺可使煤体有效凝结，防止煤壁片帮漏顶，大幅度提高工作面推进速度，大大降低被顶材料损耗，改善工人工作量，在三软煤层、破碎顶板采煤工作面有很好的推广应用价值。endprint