综放工作面陷落柱围岩稳定性研究

冯晋宏（山西东庄煤业有限公司，山西 长治 046000）

综放工作面陷落柱围岩稳定性研究

冯晋宏
（山西东庄煤业有限公司，山西 长治 046000）

综放工作面陷落柱围岩稳定性是常见问题，针对注浆过程中的问题，提出该范围内的注浆方案及相关参数，为今后类似条件下陷落柱围岩稳定性研究提供了依据。

陷落柱；注浆方案；施工工艺

由于煤矿井下的特殊地质条件，每个工作面都会遇到陷落柱和断层。工作面煤层厚度不稳定，成鸡窝煤状赋存，回采期间受原始沉积变化及小构造、断层影响，工作面顶板完整性差，且受淋水及推进缓慢等多方面影响，导致顶板受压破碎。工作面在采用超前移架、带压拉架、人工扩棚推进、施工木锚杆等多项防止冒顶、片帮措施后仍然效果不明显。

因此，为保证在陷落柱区域安全回采，防止出现陷落柱区域的顶板事故，故采取预注水泥浆和化学浆措施。通过预注水泥浆和化学浆，加强巷道围岩强度，使之形成一个整体，确保满足正常生产要求。

1　陷落柱段的加固方案

陷落柱段锚固加强方案为：顶板每1.8 m增加1排锚索，每排3根，在原有支护的基础上形成排距0.9 m、每排2根、3根间隔布置的顶板锚索支护方式。锚索规格：22 mm×7 200 mm，预紧力100 kN~ 150 kN。两帮中腰位置每1.8 m补打1排2根22 mm×5500mm锚索，锚索间距1 m，中腰对称布置。预紧力100 kN。帮锚索可以打在锚杆钢筋托梁上，也可以打在2排锚杆之间的位置。

全面检查原有锚固支护状况，若有失效的原顶、帮锚杆及锚索，则需在失效锚杆、锚索附近补打不低于原规格的新锚杆、锚索。

2　注浆加强维护方案

1）注浆加固范围。考虑到陷落柱附近5 m之内的煤体受陷落柱发育时的影响煤层疏软，需要加固一段煤壁。因此本次加固长度为陷落柱17 m，再加上两边各5 m，一共27 m。

2）注浆加固方法。加固方法采用高压注浆补强方案，高压注浆的目的是充填陷落柱岩块与岩块之间的裂隙，同时使岩块与岩块之间的软岩、泥岩变硬，提高整体抗压能力，形成连续的结构体。

3）注浆加固材料。目前国内外用注浆加固的材料种类很多，但从材料的性质上主要分两大类，颗粒型浆材和溶液型浆材。应根据注浆的地质、目的、浆材性质及造价因素选择浆材。

典型的颗粒型硅酸盐水泥浆材，具有强度高，经久耐用，材料来源广阔，设备布置简单，成本低廉，品种类型多样化等特点，因此在煤矿注浆工程中得到广泛应用。但这种注浆液也存在一定的缺点：易离析沉淀，其颗粒度很大，稳定性相对较差，因此使浆液难以注入岩层的细小裂缝中，凝结时间不易控制。使用于要求强度高、松散的破碎体加固。

化学浆液可注性好，能注入细小裂隙或孔隙中，但成本高同时化学浆液易污染等缺点。

本次注浆加固的目的是加固陷落柱，要求注浆结石体具有较高的强度，抗变性能力强。

4）注浆加固工艺。根据注浆材料的特点和本次注浆的地质条件，注浆先采用水泥浆加固第一遍，然后用DF-2型化学浆加固第二遍，使整个陷落柱成为一个整体。

3　注浆施工工艺

3.1钻孔布置

沿工作面方向在顶板破碎段支架前方煤壁上布置一排钻孔。钻孔开孔位置在支架前探梁下部0.3 m处，孔径42 mm，仰角为20°，钻孔间距为2 m，孔深6 m，钻孔个数根据顶板破碎面积进行布置。工作面钻孔示意图，见图1。

3.2注浆设备及流程

1）注液泵原理。一般煤矿采用气动双液注液泵，用来压缩空气作为动力源，由于气缸和注液缸有较大作用面积比，从而用较小的气压可以使注液缸产生较高压力，将浆液输送到充填地。

图1　工作面钻孔示意图

2）施工工艺流程。一般施工先将材料设备以及施工现场准备并布置妥善，进一步检查完善各个设备管线的连接情况，达到规定要求和标准方可注液，注液结束之后将管路进行冲洗，关闭系统，最后清理现场。

4　施工效果

1）通过对综采工作面顶板破碎段顶板及煤壁注浆，注浆液注入煤岩层以钻孔为主干而形成树枝状分布，填充了煤岩层的裂隙，把破碎岩层固结使之成为完整的整体，加固了其稳定性，效果明显。

2）通过注浆加固技术，减轻了劳动强度，减少了材料消耗，提高了生产作业的安全。

3）通过对工作面进行注浆加固，使得该工作面在产量、材料消耗有了显著变化。注浆前冒顶高度和频率分别为0.5 m~2 m和1~2次/班，注浆后未发生冒顶事故。

4）工作面顶板的注浆加固技术，不仅使工作面破碎顶板形成整体，减少冒顶事故发生，保障了回采安全生产，也为其它类似地质条件下的工作面顶板控制提供了有益的生产经验。

5　结束语

综采工作面受原始煤层沉积不稳定及断层、构造等地质条件影响，出现煤壁片帮、冒顶等难题，制约了工作面的正常推进及威胁着职工生命安全，采用注浆加固材料及注浆技术对煤壁及顶板进行超前注浆，可以及时改变围岩松散的结构，提高围岩的整体性，控制了片帮和顶煤冒落的发生，保证工作面的正常推进，保障了员工的生命安全。

（编辑：武晓平）

Stability of Surrounding Rock around Collapse Columns in Fully-mechanized Mining Face

FENG Jinhong
（Shanxi Dongzhuang Coal Co.，Ltd.，Changzhi 046000,China）

Instability of surrounding rock around collapse columns is one of problems of fully-mechanized mining face.Based on the problems in grouting process,grouting plans and corresponding parameters were proposed,which could be useful for the future stability research in the similar conditions.

collapse columns;grouting plans;construction technique

TD823

A

1672-5050（2016）02-0033-02

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.02.010

2015-12-24

冯晋宏（1966-），男，山西长治人，大学本科，助理工程师，从事煤矿开采工作。