厚煤层综放工作面注浆加固治理技术应用与分析

冀海鸿

（山西华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）

目前山西华阳新材料科技集团有限公司（以下简称华阳）一矿回采工作面回风巷多相邻采空侧，机尾三角煤受回采采动应力及采空区二次动压影响，易出现片帮、冒顶等问题，存在一定安全隐患，影响了工作面高效生产。为解决上述问题，通过使用KMA—1型超强矿用无机加固材料注浆加固三角煤，保持围岩的完整性，有效地提高围岩的整体强度、改善支护体的支护特性，降低巷道变形量，使围岩承载能力得到显著提高，有效管控三角煤区段的顶板和煤壁。

1 工作面概况

8304工作面位于华阳一矿15号煤南条带三采区中西部，东部为本采区大巷，南部为8305（西）回采工作面（正掘进），西部为南北翼瓦斯联络巷，北部为8303（西）工作面（已采）。工作面倾斜长度199.2 m，可采走向长度859.5 m，地质储量189.6万t，可采储量165万t。煤层总厚度6.25～6.76 m，平均厚度6.58 m。煤层倾角1°-13°。工作面总体为一单斜构造，局部发育有次一级的向、背斜构造。工作面坑透预测的挠曲2条，断裂构造2条。工作面共布置五条巷道：进风巷、回风巷、低位抽采巷、走向高抽巷和切巷。其中进风巷和切巷沿15号煤顶板布置，回风巷480 m以里沿15号煤底板布置，480 m往外沿15号煤顶板布置。

8304工作面紧邻8303工作面（已采），受采空区动压影响,在回采过程中回风巷围岩应力增加，巷道顶板出现不同程度的破碎，有明显的两帮移近、底板鼓起等变形情况，加大了回风巷的维护难度，从而影响了工作面的回采推进度。

2 无机加固材料介绍

KMA—1型超强矿用无机加固材料是一种渗透性好、强度高的注浆加固材料，主要成分为：粉状水硬性无机胶凝材料（硅酸盐特种水泥）。

2.1 材料特点

1）通过压注的方法加固矿山煤、岩石，阻止、抑制煤岩体开裂、变形，也可用于不流动的砂石和其他无承载力的地面等。

2）水灰质量比为0.28∶1.00，保证注到裂隙中的是浆液，不会出现顶板注浆下雨状况。

3）抗折性和剪切力高，在受到应力或者采动影响的情况下，保证巷道稳固。

4）跟化学浆比较。超强矿用无机材料是无机反应不产生热量，保证井下的安全。

5）无收缩，微膨胀，高流动性，不含氯化物。

2.2 技术参数

1d抗压强度：≥20 MPa；3d抗压强度：≥40 MPa；7d抗压强度：≥70 MPa；粒径：0.0～0.1 mm；施工温度：5～35℃；水灰质量比：0.28∶1.00；初始流动度：20℃时10～17 s，最高反应温度为25℃（由煤炭工业北京锚杆产品质量监督检验中心出具检验报告）。

2.3 配套设备

注浆设备2ZBQ-50/19气动注浆泵额定流量50 L/min，最大流量70 L/min；额定压力19 MPa，最大压力24 MPa；耗气量2 m3/min；泵质量110 kg；外形尺寸：1.3 m×0.7 m×0.7 m；供气压力：0.4～0.8 MPa。

3 注浆方案设计

注浆采用单排孔设计，由回风顺槽内向工作面侧煤帮打孔注浆，垂直巷帮施工注浆孔，选用Φ32 mm钻头施工，相邻注浆孔间距4000 mm，距巷道底板高度1750 mm，孔深8000 mm，封孔深度4000 mm，采用专用封孔器封孔（见图1）。

施工流程：采用帮锚索钻机施工注浆钻孔→安设注浆套管及封孔器→注浆泵与注浆套管连接→注浆。

施工期间，由于煤体裂隙发育，漏浆较为严重，不能有效保障注浆效果，通过采取以下技术措施确保施工正常进行。

1）调整钻孔深度：由6 m钻孔改为8 m。

2）调整施工角度：将水平施工注浆孔改为向上8°～10°施工注浆孔。

3）调整钻孔直径：将Φ32 mm钻头改为Φ42 mm钻头进行施工。

4）调整封孔器：将Φ28 mm改为Φ38 mm封孔器封孔，将1个封孔器增加为2个。

5）补浆：因裂隙发育，导致漏浆的注浆孔，在随后进行补浆作业。

4 注浆施工情况

此次注浆试验从4月27日开始施工，6月9日施工完毕，施工范围650～800 m，正常施工27 d，其他各类因素影响17 d。共计施工注水泥浆孔50个，注浆量55 t，平均每孔注浆量44袋，约1.1 t。

5 注浆效果分析

5.1 测点内推进度及产量情况

1）5月10日—6月15日（550～650 m）。工作面试验水泥浆加固前，三角煤区破碎明显，回风巷变形量大，工作面于5月10日推进至1号测点，到6月16日过完，期间工作面推进度为3.03 m/d，产量7088 t/d。

2）6月16日-7月13日（650～750 m）。工作面于6月16日推进至注浆段，到7月13日推进至8号测点处，期间工作面日推进度为3.57 m/d，产量7711 t/d。

通过对比，推进度提高0.54 m/d，提高推进度百分比约17.8%；产量提高623 t/d，提高产量百分比约8.7%。

5.2 煤壁控制效果

通过观测，工作面三角煤区域6～8 m范围内煤壁平直，无片帮、冒顶现象。特别是推进至注浆孔附近与未注水泥浆区域对比，片帮明显减少，煤体致密性增强。

5.3 回风巷变形量

为有效观测注水泥浆段巷道围岩变形量，注浆段650 m、670 m、700 m、750 m处布置了矿压测站。采用十字布点法安设表面位移监测断面，分析对比对围岩控制的效果。

由图2数据及变化曲线分析：

图2 巷道位移变化曲线

该测站共计观测记录16次，推进位置距测站距离144 m时，初次观测记录，高度为2660 mm，宽度为3800 mm，推进位置距测站距离8 m时，最后一次观测记录，高度为2220 mm，宽度为3350 mm。高度总变化值为440 mm，宽度总变化值为450 mm。

工作面推进位置距测站距离115 m、105 m处时，高度最小变化值为2 mm，推进位置距测站距离8 m处时，最大变化值85 mm。推进位置距测站距离94 m、90 m处时，宽度最小变化值为0，推进位置距测站距离13 m处时，最大变化值120 mm。平均变化值高度为29.3 mm，宽度为30 mm。从以上矿压观测站数据变化可以看出，顶板及两帮压力增大，但变化量较小，巷道支护对围岩有很好的控制作用。

通过对比原巷道与注浆段回风巷道围岩变形量情况，高度平均变形量减少300 mm，宽度变形量减少137 mm。注浆段内测点最低高度为2370 mm，最低宽度为3260 mm，满足通风、行人断面的安全生产要求。

5.4 成本投入及消耗情况

8304工作面自开始初采，截至4月下旬，回风巷在50～650 m区段内共注高分子材料195 t，平均注胶量约为0.325 t/m。按照高分子材料1.4万元/t测算，维护费用为4550元/m。此次注浆试验施工范围650～800 m，共计施工注浆孔50个，注浆量55 t。平均每孔注浆量44袋，约1.1 t，共计，平均注浆量约0.367 t/m，维护费用为3303元/m。通过与注高分子材料费用对比，维护费用降低1247元/m。

6 结论

巷道随工作面的推进，压力逐渐增大，整体围岩控制较好，虽然工作面周期来压部分数据变化有忽高的现象，但一般都是随着工作面的推进，巷道变化值整体呈上升趋势，尤其工作面推进距测点5～30 m范围内，巷道变形主要表现为两帮移近，巷道底板鼓起等压力显现现象，但从矿压观测站变化数据及顶、帮煤体变形情况看，当前支护可以起到很好的控制作用，有效把变形控制在一定范围之内。