工作面过地质构造带注浆加固技术

◎文/杜振伦（淮北矿业<集团>有限责任公司）

许疃煤矿72314工作面位于83下采区，设计面长300m，里段切眼长170m，可采走向长度573m；外切眼长度300m，可采走向长度1055m，可采储量210.5万吨。工作面里段有张庙台背斜、向斜、DFS40逆断层（H=0～5m∠50°～55°）及NJF120逆断层（H=0～5m∠50°～55°），工作面回采时断层附近顶板破碎顶板管理难度大，同时该段受张庙台背斜影响工作面仰采容易造成片帮掉顶现象。因此，为避免背斜及断层对回采的影响[1-3]，深刻吸取72312工作面过背斜及断层的经验教训，考虑提前对构造带煤岩体进行注浆加固[4,5]。

一、工作面地质概况

72314工作面位于83下采区下山北翼第2阶段，北至NFS24断层与工业广场保安煤柱，南至83下采区运输行人联巷，东邻72316工作面(尚未准备)，西邻72312工作面（已回采结束）。

该工作面为71与72煤层合并区，属二迭系下统下石盒子组，煤厚3.98～5.99m，平均5.48m(局部其中含1层夹矸，夹矸平均厚0～0.2m)。72煤层与下部82煤层层间距10.41～16.16m，平均13.28m。煤层倾角5°～18°,平均14°左右。基本顶为细砂岩，平均厚度4.98m，直接顶为泥岩，平均厚度4.8m；直接底为泥岩，平均厚度1.2m，基本底为细砂岩，平均厚度9.6m。

根据三维勘探资料、精细化处理资料、72312工作面采掘揭露的资料综合分析，对工作面有影响的断层有17条，褶曲 5 条，其中 NFS42、NFS40、NFS40、NJF85、NJF84断层对掘进影响较大。

二、许疃煤矿72312工作面过地质构造带冒顶原因分析

1.冒顶经过

2016年2月初，72312工作面上段80架至机尾顶板较为破碎，期间出现81至83架片帮掉顶现象，2月5日中班结束，工作面89至93架由底鼓变成全岩。2016年2月17日工作面91架揭露G-2（260°∠80°H=4m）底板正断层，断层发育速度较快，造成83至90架全岩，经探测工作面煤顶厚度4m以上，工作面90架至机尾沿走向最大仰角20°。因提车提架缓慢，造成支架不能有效的支护顶板。大角度仰采的同时受风巷F-3断层影响，机尾107架至95架顶板破碎，自架间、前梁头片冒严重，加上对大采高工作面顶板管理认识不足和存在侥幸心理，2月22日中班造成大面积冒顶。

2.原因分析

受断层影响煤层变化较快，工作面提车提架不及时导致面内大面积煤顶，增大顶板管理难度，导致空顶、冒顶；断层附近顶板破碎，护顶不到位导致漏顶、空顶；受纪庄背斜影响，工作面仰采，大采高煤壁片帮严重导致冒顶。

三、许疃煤矿72314机巷掘进过断层预注浆加固及回采方案

巷道掘进跟72煤层顶板施工先揭露DFS40逆断层，然后按照14°下山施工，预计施工35m跟上下盘72煤层顶板；继续施工10m揭露NJF120逆断层再按照14°下山施工，预计施工29m跟上下盘72煤层顶板。掘进过该区域为下山施工，有利于顶板管理，掘进期间不进行顶板加固。

1.注浆加固方案

根据72312工作面回采情况分析，为避免类似情况发生，决定对工作面内部的两条倾向断层进行顶板加固，以降低回采期间的顶板管理难度，实现工作面高产高效。

顶板注浆范围根据掘进期间实际揭露围岩条件进行确定，预计在张庙台背斜轴部以里及两条倾向断层30m范围内围岩破碎裂隙发育，工作面顶板管理困难，为此对该段进行注浆加固。

图1 顶板注浆加固平面示意图

根据地质探查结果分析，掘进施工期间提前破煤层顶板1.0～1.2m，以利于从机巷施工顶板注浆钻孔进行注浆加固。开孔位置距煤层顶板0.7m，方位角250°(与机巷夹角60°，仰角孔孔)，设计孔间距1.5～3m，终孔位置与煤层法距不大于2m。在注浆孔内下直径不小于25mm的废旧钢丝绳以提高围岩的完整性。采用大功率注浆泵（2ZBSB3-0.5/10-15）注浆，终止注浆压力不低于10MPa。注浆材料：浆液使用水泥浆，水泥采用不低于PC52.5级硅酸盐水泥，水灰比（0.75～1）∶1。

采用多轮次，间隔孔注浆。每轮注浆结束后，在两钻孔之间施工效果检验孔，对注浆效果进行评价。如未达到预期效果，则进行下一轮注浆。

图2 注浆管与废旧钢丝绳同时放置于钻孔之中

注浆时，将普通注浆管连接成整体与废旧钢丝绳同时送入注浆孔（见图2）。需要特别注意的是：所有的注浆管共中只将顶端一节的孔壁上设置出浆孔，靠近孔口的两节只是与注浆管规格型号相同的钢管，以保证整个钻孔的注浆效果。

2.回采期间顶板加强管理方案

为使回采期间顶板得到有效控制，工作面回采过程中需要做到以下几个方面：

(1)工作过断层期间要保持匀速推进，原班推进度不低于2m，断层附近采高以确保煤机顺利通过为准。

(2)根据实际揭露的地质情况，在工作面回采前做网格式预想剖面，制定每架提车幅度及提车起始地点，精准控制回采层位。过断层期间机头跟机巷顶板回采，面内及时破顶提车提架，保证工作面的仰采角度与机巷上山坡度保持一致，避免逮煤顶回采。

(3)工作面仰采期间若煤壁片帮严重，则降低工作面采高，以保证煤机能够通过为准。必要时采用使棚方法管理顶板，严禁大面积空顶造成冒顶事故。

(4)选用破岩能力强的采煤机，尽量避免回采期间放炮破岩引发冒顶。

四、工业试验效果

截至目前，许疃煤矿72314已经完成了张庙台背斜及向斜之间破碎带的回采，回采期间未发生顶板大面积冒落现象，回采效率达到了正常区段的90%以上。