综采工作面过断层巷道注浆加固技术研究

王立新

【摘 要】 文章针对综采工作面过断层巷道顶板较为破碎，提出了采用注浆加固保证顶板的完整性的方法。8102-3工作面回采至断层区域顶板破碎，需要对巷道围岩进行二次注浆加固，保证巷道围岩完整性。采用 FLAC3D模拟得到 F10断层区域注浆后运输巷塑性区范围、顶底板位移量明显减小，注浆有效提高顶板承载能力和稳定性。根据工作面地质条件，设计了注浆参数，并采用“十字布点”的方式监测顶板下沉量，根据监测结果可知，注浆加固能够保证顶板完整性，减小顶板下沉量，效果明显，不仅有效控制了断层区域顶板的稳定性，也为相似条件下的巷道支护提供了参考借鉴。

【关键词】 断层;注浆;围岩变形;塑性区

【中图分类号】 TD265.4 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）03-0003-03

断层是矿井最常见的地质构造，尤其是落差大的断层，受动压影响顶板易破碎，给工作面支护增加难度。近年来矿井也采用了一些支护措施，如增加锚杆、锚索的支护密度等，虽然一定程度提高了顶板的支护强度，但受断层落差大等因素的影响，支护后容易出现“网包”现象，影响支护安全。因此，需要对断层区域巷道顶板进行注浆加固，黏聚破碎围岩裂隙，减小松动圈，提高顶板的承载能力，保证顶板的完整程度，避免出现工作面过断层时发生冒顶事故，造成人员伤亡和压坏设备。虽然国内外众多学者对巷道过断层支护措施进行了大量研究，提出了通过加密锚杆、锚网的密度提高支护强度，取得了一定效果，但是断层附近顶板仍较为破碎。本文以 8102-3工作面巷道过断层为研究对象，提出在原锚网索支护的前提下，采用注浆加固保证顶板的完整性和稳定性，确保了工作面安全回采。

1工作面概况

8102-3工作面东部为8102-2工作面，西部为8102-4工作面，南部为5102-1巷（B段）以及2102巷，北部为8103回采工作面，主采2#煤层，平均厚度3.8m，平均倾角5°。顶板主要由泥岩、砂质泥岩构成，岩层强度低，尤其是在断层影响下，顶板极易破碎，给支护造成难度。工作面共揭露13条断层，其中对工作面回采影响较大的8条，如表1所示。

2巷道原支护措施

8102-3工作面巷道原采用锚网索支护，支護参数如表2所示。由于工作面过断层数量多且落差大，巷道受动压影响，顶板变形量大，为进一步提高巷道顶板的支护强度，避免发生冒顶事故，采用21.6mm×10000mm的恒阻锚索进一步加固巷道顶板。根据巷道的宽度，共布置3列恒阻锚索，沿着垂直方向向顶板施工。锚网索支护虽然能提高8102-3工作面围岩承载能力，但受顶板岩层强度低和部分断层落差大等因素影响，原支护方式已不足以保证顶板的稳定性，断层区域围岩变形量依然较大，需对顶板进行二次注浆加固，黏聚破碎围岩裂隙，保证顶板岩层的完整性。

3注浆加固数值模拟

3.1模拟方案

F10断层在8102-3运输巷28m处，倾角60°，落差4.0m，预计延伸入工作面80m。采用FLAC3D模拟F10断层区域注浆前后围岩变形量和塑性区分布，确定注浆加固围岩效果。建立380m×460m×45m的数值模型，上部岩层平均泊松比取0.22，平均容重取2200kg/m3，故模型顶部载荷为11.8MPa，底部载荷为13.05MPa。

3.2模拟结果分析

3.2.1未开采注浆前后运输巷围岩变形分析

8102-3运输巷掘进采用锚网索支护，当工作面未开采时，模拟注浆前后巷道顶板变形量，根据模拟结果可知，8102-3运输巷F10断层区域注浆前顶板变形量为31mm、注浆后为13mm，注浆后比注浆前顶板变形量减小了58%，注浆加固巷道顶板效果明显。

根据模拟结果，8102-3运输巷F10断层区域注浆前后底板变形量变化相对较小，注浆前顶板变形量为11.2mm、注浆后为8.3mm，注浆后比注浆前顶板变形量减小了27%，注浆加固不仅能改善顶板的支护强度，还能够减小底板的变形量。

3.2.2开采后注浆前后围岩变形分析

8102-3运输巷掘进采用锚网索支护，当工作面开采后，模拟注浆前后围岩塑性分布情况。由模拟得知，8102-3工作面回采后，采空区围岩出现了不同程度的塑性变形破坏。通过对比能够看出，注浆后采空区围岩塑性变形破坏情况有明显改善，注浆后顶板完整性和稳定性提高，围岩未出现塑性破坏。

8102-3工作面开采后，通过模拟得到F10断层区域注浆加固前后围岩变形量如图1所示。

由图1（a）可知，8102-3工作面开采后，F10断层区域注浆前后顶板最大位移量分别为89mm、80mm，注浆后减小10%。

由图1（b）可知，8102-3工作面开采后，F10断层区域注浆前后运输巷底板最大位移量分别为11mm、7.5mm左右，注浆后相对于注浆前底板位移量减小了32%。通过底板变形量可知，巷道掘进后断层区域动压影响较大，底板易出现应力集中，发生变形破坏，但相对于顶板变形量小，注浆后底板变形量进一步减小。根据监测结果可知，注浆能够改善巷道围岩的变形量。

4工程实践

8102-3工作面采用锚网索支护后，虽然能够提高围岩的支护强度，但受断层影响，在动压作用下，顶板易破碎。因此，需要采用二次注浆加固提高顶板围岩的承载能力，减小动压对围岩破坏，注浆设备如表3所示。

在8102-3运输巷顶板布置注浆钻孔加固巷道顶板，减小顶板的破损程度，保证顶板的稳定性，注浆参数如表4所示。

5注浆加固效果检验

8102-3运输巷采用注浆加固后，采用“十字布点”法验证支护效果，监测1个月顶板变形量，监测结果如表5所示。

由表5可知，在监测的一个月时间内，顶板下沉速率逐渐趋于稳定，顶板变形量明显减小，注浆效果明显，改善了巷道围岩的应力条件，保证了8102-3工作面断层区域的安全生产。

6结论

8102-3工作面回采至断层区域顶板破碎，需要对巷道围岩进行二次注浆加固，保证巷道围岩完整性。本文采用FLAC3D模拟得到F10断层区域注浆后运输巷塑性区范围、顶底板位移量明显减小，注浆有效提高顶板承载能力和稳定性。根据工作面地质条件，设计了注浆参数，并采用“十字布点”的方式监测顶板下沉量，根据监测结果可知，注浆加固能够保证顶板完整性，减小顶板下沉量，效果明显，不仅有效控制了断层区域顶板的稳定性，也为相似条件下的巷道支护提供了参考借鉴。

【参考文献】

[1]党永.厚煤层综放工作面过断层带注浆加固技术研究[J].中国矿山工程，2021，50（1）：39-41.

[2]牛健健.马兰矿18506工作面过断层注浆加固技术实践[J].煤矿现代化，2019（5）：10-12.

[3]楚超.综采面过断层泥质破碎带注浆加固技术研究[J].中国矿山工程，2020，49（5）：41-43.

[4]刘昊鹏.西铭矿综采工作面过断层注浆技术应用[J].煤矿现代化，2018（1）：8-10.

[5]郭鹏飞.深部开采复合顶板工作面过断层技术研究[J].中国矿山工程，2020，49（5）：85-87.

[6]陈科，刘兆义，顾新泽，等.大采深综采工作面过断层超前预注浆技术应用[J].煤炭技术，2012，31（11）：59-61.

[7]曾保亭，于涛，陈见存，等.注浆加固技术在过断层掘进冒顶处理中的应用[J].煤炭工程，2011（3）：37-39.