王强强

（晋城煤业集团赵庄煤业，山西 晋城 048000）

在煤矿生产过程中，采煤工作面过断层[1-2]是生产过程中的一个重要环节，断层破坏了顶板围岩条件。大量工程实践表明，此类围岩条件不做好加固处理，将造成冒顶或者架后漏空，导致支架不能接顶，给安全生产带来隐患。

根据现场生产、地质条件调查，赵庄煤业3 号煤3307 工作面超前段和断层带附近围岩受超前支承压力、断层、水等的影响，围岩遭到严重破坏。为保证顺利通过断层段，避免支架上方顶板或者煤体漏冒现象，确保工作面快速、安全通过此区域，采用注浆加固[3-5]围岩的加固方案。

1 工程背景

3307 工作面位于+920 m 水平的3 盘区，工作面标高+904～ +948 m，主采3号煤，煤厚平均4.5 m，倾角4～6°，综采采煤工艺，一次采全高，平均采高为4.5 m。3307 工作面运输顺槽距离切眼500 m处遇到落差约为0～10 m 左右的断层，落差较大，沿工作面推进方向长度约55 m，进入工作面长度约72 m。同时，3 号煤层顶板含有夹石层和冲刷带，顶板K2 灰岩为含水层，岩层赋存状况复杂。为此，拟对该工作面过断层段采用注浆加固的方法，保证工作面安全回采。断层位置图如图1 所示。

图1 断层位置图

2 过断层方案

3307 工作面底板为灰黑色泥岩、砂质泥岩，局部为泥质粉砂岩，厚7.82～8.87 m，为软弱岩石，对采煤机切割、工作面推进速度影响较小，采用从煤层底板进入煤层的过断层方案较为合理。即：3307工作面回采至断层前方55 m 左右，将支架下压，从煤层底板逐渐进入断层另一侧的煤层中，然后继续回采。

3 过断层围岩注浆加固方案

3.1 围岩加固方法选择

工作面过断层区域，围岩破碎，在此条件下，注浆加固是围岩控制的有效途径。对破碎围岩进行注浆加固，浆液能够很好地充填围岩内部裂隙并对破碎围岩进行胶结，改善围岩结构，并提高其完整性，改善其力学性能，提高破碎煤岩体自身承载能力，保证采煤过程的稳定性。因此，3307 工作面过断层区域选择注浆加固的方法以达到有效控制围岩破碎的效果，保证工作面安全回采。

3.2 注浆范围确定

工作面前方煤体受超前支承压力影响，产生变形。煤壁到超前支承压力峰值段内的煤体，分为塑性区和裂隙区。塑性变形区煤岩体内部裂隙发育程度适中，围岩内部应力也不是太大，较其他变形区更易于注浆，便于注浆效果的发挥。因此，确定塑性变形区为3307 工作面过断层区域超前预注浆加固范围。

超前支承压力峰值点距离采煤工作面的变化范围理论计算误差大，一般根据经验选择变化范围为3～20 m，一般为5～12 m。应力降低区宽度，即松塌区和裂隙区宽度之和变化范围为2～7 m，一般为3～5 m。因此，确定超前3307 工作面煤体2～3 m 进行加固，此时支架下坡的起坡点正好处于塑性区范围内，如图2 所示。

图2 工作面超前加固钻孔布置示意图

3.3 注浆材料

选择具有可注性强、流动性好、渗透性强、胶结性好等性能的注浆材料，可大幅度提高注浆加固效果。根据3307 综采工作面的过断层区域围岩地质条件，经现场考察分析，选择一种新型无机双液注浆加固材料作为此次注浆加固材料。

（1）材料为无机粉末，分为甲、乙两种，规格25 kg/包，常用水灰比0.8:1～1.2:1。甲、乙料分别加水搅拌，单料可以保障1 h 左右良好流动性，满足远距离泵送施工需求。

（2）甲、乙浆液在孔口通过三通混合器混合，混合后在30～120 s 之内失去流动性，可以有效避免漏浆引起的注浆失败，5～15 min 完全固结，可以通过调整水灰比控制凝结时间。

（3）混合浆液在固结后强度快速增长，2 h 即具备5～10 MPa 强度，1 d 达到8～18 MPa 强度，使注浆固结体快速起到承载作用。

不同水灰比条件下材料强度如表1 所示。

表1 不同水灰比条件材料强度参数表

3.4 钻孔布置参数

（1）布孔方式

采用从工作面煤壁布置注浆钻孔的方式。钻孔布置图如图3 所示。

图3 注浆钻孔布置图

（2）钻孔位置

前2 个循环，注浆孔位置以顶板为基准，距离顶板1 m 左右。后续循环，注浆孔均在工作面架顶梁与工作面煤体的接触角处布置。

（3）注浆孔长度

钻孔深度3 m，每天一个注浆循环。

（4）钻孔倾角

钻孔倾角上仰15°。

（5）钻孔间距

考虑渗透半径及串孔现象，取一架支架的宽度，即1.5 m。

3.5 注浆工艺参数

（1）封孔

采用800 mm 孔口管连接铝塑射浆管注浆。即在孔口800 mm 范围内，插入1 节800 mm 长DN25 的无缝钢管，钢管表面焊铁丝固定棉纱。封孔时将棉纱浸泡双液浆，缠裹到钢管上，缠裹长度800 mm。可采用钻机顶入孔内，在孔内插入封孔铝塑管（1618型铝塑管），铝塑管1200～1500 mm 即可。最后向封孔段灌注入双液浆，可快速固化，1 h后即可进行注浆。

（2）注浆压力

终孔注浆压力10～15 MPa。在实际注浆过程中，如果岩层裂隙不发育，注浆难度较大时，可适当提高终孔压力，最高不超过20 MPa。

4 现场实施效果

（1）浆液扩散效果

现场注浆完毕后，采用钻孔窥视仪对注浆效果进行窥视，浆液扩散效果较好，可见大量注浆浆液痕迹。钻孔窥视浆液扩散效果如图4 所示。

图4 浆液扩散效果窥视图

（2）片帮冒顶统计分析

2019 年5 月2 日—2019 年6 月5 日，工 作 面过断层期间共发生6 次轻微片帮，片帮深度不超过0.5 m，连续架次不超过2 架，未发生冒顶现象，工作面平均推进速度2 m/d，实现了安全回采。

（3）经济效益分析

过断层期间共消耗无机注浆材料120 t，单价按2000 元/t，成本为24 万。若采用化学浆注浆，成本为300 万。无机注浆材料不足化学浆成本的1/8，经济效果显著。

5 结 论

（1）择低成本、高强度结石体的注浆浆液、合理的注浆区域，不仅可以提高加固效果，且经济效益显著，经济成本不足化学浆的1/8。

（2）采用新型无机注浆材料，浆液流动性、胶结性好，不仅使破碎围岩恢复为具有完整结构的连续体，且具有较高的强度，满足了现场注浆加固需求，取得了较好的围岩加固效果。

（3）现场实施效果表明，钻孔窥视可见大量浆液痕迹，浆液扩散效果较好。