注浆加固技术在综采工作面破碎顶板中应用实践

岳俊光

（西山煤电股份有限公司马兰矿，山西 古交 030205）

1 工程案例

西山煤电股份有限公司马兰矿12509工作面为南五采区，工作面设计走向长度为1550 m，倾向长度为220 m，回采煤层为2#煤层，平均厚度为3.0 m。2#煤层无伪顶，直接顶主要以泥岩为主，平均厚度为2.3 m，该岩石层呈深灰色，水平层理发育，岩石抗压强度较低，在外力的作用下易破碎；基本顶主要以S5砂岩为主，平均厚度为5.67 m，岩石硬度大。截至目前12509工作面已回采490 m。

根据马兰矿地测科提供工作面水文地质资料显示，工作面在回采至235 m、520 m处分别揭露两条正断层F4、F5，其中F4断层落差为1.2 m，倾角为50°，F5断层落差为1.5 m，倾角为55°。12509工作面采用带压擦顶强行破岩的方法过F4断层，受构造应力影响，工作面在过断层期间顶板局部地段形成破碎区域，影响工作面回采长度为22 m，在顶板破碎区域回采时出现移架困难、支架初撑力不足、工作面回采效率低等难题，甚至出现局部冒顶现象，威胁工作面安全回采。通过分析研究，预计工作面在过F5断层时顶板更加破碎，影响工作面走向长度达35 m。对此，为提高破碎顶板稳定性，保证工作面安全快速过断层，决定对F5断层带附近顶板破碎区域采用注浆加固技术进行维护。

2 注浆加固技术原理

注浆加固技术主要利用马丽散对破碎煤岩体进行粘合，从而提高破碎煤岩体整体稳定性。马丽散是一种低粘度、粘合能力及柔韧性强的高分子一聚亚胺胶脂材料。在破碎煤岩体中它能充分、快速地渗入到岩体裂隙内，从而对破碎岩体进行粘合，提高松散岩体的整体性和受力性能。

马丽散凝固后具有良好的柔韧性，对外力具有一定的承受能力，同时破碎煤岩体被马丽散粘合后，不仅增加了破碎岩体的机械性能，而且提高了破碎岩体机械阻力以及支撑力。通过实验数据表明，破碎岩体经马丽散加固后，岩体单向抗压强度可提高至65～80 MPa，塑性变形载荷值在150 kN以上。

3 注浆加固技术应用

3.1 注浆前准备工作

（1）注浆前应将所有设备、材料运输至施工地点，12509工作面注浆时采用的设备及材料主要有：ZBQ-8/3型气动注浆泵一台；直径为40 mm、长度为50 m风管4根，风管连接头四个；长度为30m钢编软管5根；清洗剂2桶；封孔器若干个以及棉纱和木楔等。

（2）由于注浆泵采用风力作为动力源，所以必须保证矿用静压风压力符合设计，一般在4～7MPa。

3.2 注浆施工工艺

由于12509工作面直接顶主要以泥岩为主，平均厚度为2.3 m，在构造应力作用下该岩石层出现破碎现象，主要对该区域岩体进行注浆加固。

（1）在工作面指定位置施工注浆钻孔，12509工作面共施工一排注浆孔，注浆孔施工在距工作面顶板0.5 m位置，钻孔深度为5.0 m，钻孔孔径为42 mm，钻孔与工作面呈25°仰角布置，工作面每隔10 m施工一个钻孔，如图1所示。

（2）钻孔施工完后，在钻孔内埋设注浆管，并安装封孔器，然后将高压胶管与注射枪及注浆泵进行连接，同时将吸管插入装有马丽散树脂与催化剂配比为1:1的混合液桶内进行注浆。

（3）在注浆时，终孔注浆压力必须符合设计要求，不得低于5 MPa。注浆压力达到设计值且稳定10 min以上或者煤壁出现注浆液渗出时立即停止注浆。

（4）工作面第一排注浆工序完成后继续回采，在回采期间应随时观察注浆后破碎顶板稳定情况，当工作面回采推进4.0 m后施工第二排注浆钻孔并进行注浆，相邻两排注浆孔交错1.0 m布置，如图1所示。

图1 12509工作面破碎顶板注浆钻孔布置示意图（mm）

3.3 应用效果

（1）施工工艺简单。传统工作面破碎顶板一般采用锚杆支护、吊棚支护等，施工工艺复杂、繁琐，而且支护间距小（一般控制在1.0 m范围内），作业人员劳动强度大，支护施工过程中对工作面正常回采影响大。而采用注浆加固技术施工工艺相对简单，对工作面回采影响小。

（2）支护效果好。注浆支护可对大面积破碎岩体进行粘合，形成一个完整的耦合体。通过对12509工作面顶板破碎岩体注浆前后进行抗压实验，发现注浆前岩体抗压强度仅为9 MPa，而注浆后岩体的抗压强度提高至74 MPa，有效提高了破碎岩体抗压强度。12509工作面顶板破碎岩体注浆加固后，在后期回采期间顶板未出现破碎现象，工作面液压支架初撑力得到提高（额定值80%以上），移架期间未出现倒架、陷底以及移架顶梁损坏等现象，加快了工作面回采速度，平均回采进度5.5 m/d。

（3）节约了成本费用。12509工作面破碎顶板若采用传统施工锚索吊棚支护，需成本及劳动费用共计52万元，而采用注浆支护时成本及劳动费用仅需9万元，大大降低了支护材料及劳动成本费用。

4 结束语

马兰矿综采三队在12509工作面断层破碎带顶板区域实验采用注浆加固技术进行维护，实践证明破碎顶板采取维护措施后，提高了顶板破碎岩体单向抗压强度，有效防止因顶板破碎而发生冒顶事故，保证了综采工作面安全高效过断层破碎带，取得了显著成效。