孟三军

（山西潞安环能上庄煤业有限公司，山西 长治 046000）

受地质构造影响，工作面在回采过程中经常会遭遇陷落柱。因陷落柱周围煤岩层结构遭到破坏，围岩力学性质发生改变，工作面在过陷落柱过程中经常会出现工作面顶板岩层破碎、冒落，煤壁出现大面积片帮等，造成工作面顶板维护困难、推进速度慢、安全管理难度大，严重制约工作面安全高效生产[1-3]。因此，以上庄煤矿22051 工作面回采期间过X2 陷落柱为例，结合工作面地质资料及现场实际情况，提出了对工作面煤体和陷落柱周围煤岩进行超前注浆加固的方法，提高工作面煤岩体稳定性，保障工作面安全快速回采。

1 工程概况

22051 工作面位于22 采区东翼，主采3#煤层，煤层厚度3.8～4.5 m，平均厚度4.1 m，煤层倾角8°～12°，平均10°，工作面走向长815 m，倾斜长200 m。根据地质勘探资料分析，工作面再向前推进26 m，工作面中下部将揭露X2 陷落柱。X2陷落柱平面整体形态近似椭圆形状，走向长98 m，倾斜最长为65 m，面积为5024 m2（如图1）。根据对矿井前期钻探时打钻所取出的岩芯进行分析，该陷落柱内的岩层主要为碎状砂岩和泥岩，岩层结构较为破碎，整体胶结粘合稳定性较差。同时，在钻探过程中，该陷落柱内未出现渗水、漏水和出水现象，因此判断X2 陷落柱是不导水陷落柱。

22051 工作面受陷落柱影响，在回采推进至该陷落柱影响范围时，工作面经常出现煤壁片帮、煤层顶板破碎、煤矸冒落现象，给工作面正常推进及安全回采带来较大影响。为提高工作面顶板支护质量，确保工作面安全顺利生产，预对工作面受X2陷落柱影响范围区域的煤层顶板、陷落柱边界范围煤层及工作面煤壁进行超前预注浆加固。

图1 22051 工作面X2 陷落柱分布范围示意图

2 注浆加固方案

在工作面回采过程中，提前对工作面受陷落柱影响的煤岩体进行注浆，注入的浆液进入煤岩体裂隙后，对裂隙存在的空间进行充填，使破碎松散的煤岩体固结在一起，形成一个整体结构，从而增加煤岩体稳定性和强度，提高工作面顶板围岩和煤壁支护效果[4-5]。

2.1 注浆施工前准备

（1）超前探查

在工作面切眼距陷落柱20 m 时，在工作面内沿走向方向使用风动钻机施工探查孔，探查孔垂直煤壁水平施工，对工作面即将揭露的陷落柱与工作面切眼的距离及工作面前方20 m 范围内陷落柱影响范围进行探清查明。

（2）材料及设备准备

为确保工作面过陷落柱期间的安全，在工作面揭露陷落柱前，必须在工作面进风顺槽和回风顺槽距切眼100 m 范围内备足一定数量的单体液压支柱、工字钢、坑木、木板等支护材料及风钻、风镐等破岩工具和截割钢管工具，同时在工作面低洼处安装一备一用两台排水泵和排水管路等作为备用排水设备。

（3）超前注浆加固

根据地测部门提供的地质资料分析，X2 陷落柱首先会在工作面第55～63 号支架处揭露，因此工作面在揭露X2 陷落柱前，先对该段煤岩体进行超前注浆加固。根据工作面回采过程中揭露情况，对陷落柱的边界范围进行分析校正，对陷落柱边界范围内的煤岩体交界处进行超前注浆加固。另外，在工作面回采推进过程中，X2陷落柱被逐渐揭露以后，根据揭露陷落柱范围大小及内部岩层破碎情况进行超前注浆。

2.2 施工工艺

（1）施工工序流程：陷落柱超前探查→陷落柱影响范围内煤岩交界处煤岩体超前注浆加固→工作面回采→工作面顶板及煤壁煤岩体破碎区域超前注浆加固→工作面施工瓦斯参数测试孔→工作面陷落柱边界探查→下一个循环。

（2）陷落柱影响范围探查施工。在工作面揭露陷落柱开始正常回采后，工作面每向前回采推进8 m，在工作面已揭露的陷落柱周边左右各10 m 区域内，沿工作面走向方向施工探查孔，用以对工作面前方8 m 回采范围内的陷落柱的边界位置进行探查，为对陷落柱边界煤岩体进行超前注浆提供参考依据。工作面陷落柱超前探查孔布置示意图如图2。

图2 工作面陷落柱超前探查孔布置示意图

（3）注浆加固工艺。根据对陷落柱超前探查取得的数据，分析陷落柱煤岩边界范围，提前对该范围内进行注浆加固；根据工作面在回采过程中揭露的陷落柱煤岩体破碎情况及煤岩层注浆时超前探数据，提前对陷落柱边界的煤岩分界处进行注浆；根据工作面揭露的陷落柱岩石破碎及煤岩层内部胶结情况对工作面煤层顶板或煤壁进行超前注浆加固。

2.3 注浆加固设计

2.3.1 注浆钻孔施工布置设计

在工作面煤壁侧使用风动钻机施工超前注浆钻孔，设计孔深8 m，采用直径为Ф42 mm 的钻头进行施工。共施工两排钻孔，下排孔距工作面底板高度为1.5 m，与工作面煤壁呈90°夹角，上排孔与工作面煤壁呈30°夹角上仰施工，钻孔距工作面底板高度为2.5 m（根据工作面顶煤厚度可适当调整，顶煤厚度每增加1 m，钻孔向上抬高0.5 m）。钻孔间距3 m，沿工作面水平方向呈三花眼方式布置（如图3），工作面每向前推进4 m 施工一循环注浆钻孔。

2.3.2 注浆材料及流程

注浆泵采用高压风动注浆泵，风动压力为0.6～0.8 MPa，注浆时注浆压力在0～10 MPa。注浆材料选用潞安民爆器材公司生产的晋安I 号注浆加固材料，分为A、B 双组分。具体注浆施工工艺流程如图4。

图3 工作面注浆孔布置示意图

图4 工作面注浆施工工艺流程示意图

按照钻孔设计参数完成注浆钻孔的施工，安装联接注浆管路和配套的封孔配件，完成钻孔封孔后开始进行注浆。注浆工作完成后，对注浆设备及管路进行清洗，结束注浆工作。

3 结论

根据22051 工作面过X2 陷落柱的工程条件，为达到工作面不迁巷、安全快速便捷的直接过陷落柱目的，采取对工作面陷落柱进行超前探测分析，掌握陷落柱在工作面的具体位置、边界范围和几何尺寸，设计注浆方案，采取超前注浆加固，确保工作面过陷落柱回采时煤层顶底板的完整性及稳定性。

22051 工作面自2019 年6 月2 日开始揭露X2陷落柱，于6月30日工作面过陷落柱，共计用时28 d，工作面平均日回采进度为3.5 m/d。在工作面过X2陷落柱期间，通过采取超前预注浆加固的措施对工作面煤壁和顶板进行加固后，工作面回采期间未出现顶板冒落和煤壁大面积片帮等现象，工作面按正常推进速度进行回采。