97309综采工作面过断层注浆加固技术研究

郭 鹏

（山西晟泰能源投资有限公司，山西 晋城 048000）

断层是煤炭回采时常遇地质构造，采面过断层时易发生顶板冒落、煤壁片帮等事故，从而给煤炭回采安全带来一定威胁[1-2]。在采面过断层期间采取适当措施对破碎、不稳定煤岩体进行改造，可为煤炭回采安全创造良好条件[3]。为此，以寺河煤矿二井97309综采工作面过断层为研究对象，提出采用注浆加固方式对断层破碎带煤岩体进行改造，为采面过断层创造了良好条件。

1 工程概况

97309工作面走向长690 m，倾斜长180 m，回采9号煤，埋深390 m，煤层厚度1.6 m，倾角3°。顶底板岩层岩性以砂岩为主，具体见表1。

表1 9号煤顶底板岩性

回采巷道揭露地质情况是掌握回采范围内地质构造的重要手段。97217巷（进风巷）掘进期间揭露DF41、DF102断层，97219巷（辅助进风及运输巷道）掘进期间揭露DF32断层，97220巷（主回风巷）掘进期间未揭露断层。根据后期物探以及钻探成果发现，采面回采至260 m时会揭露DF32断层（H=1.0～2.1 m，213°∠30°），回采 至351.3 m时 揭 露DF41断 层（H=0.5～1.0 m，257°∠58°），回采至629.8 m时揭露DF102断层（H=1.2～2.5 m，223°∠49°）。在采面过断层期间围岩破碎，冒落以及片帮风险较高。

2 注浆加固方案

2.1 注浆加固材料

为了提高断层影响带附近破碎煤岩体强度，降低注浆加固成本，注浆采用凯密安材料。该材料为新型的无机加固材料，材料胶结过程中不会产生大量的热，同时可对破碎煤岩体有较好的胶结效果[4]。该材料由A、B两种浆液构成，浆液混合3～10 min后即可胶结，按照0.8:1水灰比配合1 h后，浆液凝结强度可达到8 MPa以上，可满足井下破碎煤岩体加固需要。注浆材料性能参数见表2。

表2 注浆材料性能参数

2.2 注浆加固钻孔布置

常用的注浆钻孔布置方式有两种：一种是回采巷道内超前注浆；一种是采面内注浆。回采巷道内超前注浆可降低注浆对采面回采影响，但是需要精准掌握断层赋存参数以及延展情况；采面内注浆可提高注浆精准性，降低注浆浆液消耗量，但是注浆一般在一定程度上影响采面推进[5-7]。

寺河矿二井生产任务繁重，若由于注浆加固导致采面无法快速推进显然不能满足矿井生产需要。为此，选用在回采巷道内超前注浆方式对断层影响带内破碎煤岩体进行加固。

2.2.1 钻孔布置及封孔

97217巷（进风巷）掘进期间揭露DF41、DF102断层，97219巷（辅助进风及运输巷道）掘进期间揭露DF32断层，为此，分别在97217巷、97219巷布置注浆孔对揭露的3条断层进行加固，加固范围均为10 m。以加固DF41断层破碎带为例，对注浆加固钻孔布置参数进行设计。

在97217巷内布置的注浆加固钻孔分2排布置，其中第一排钻孔距离巷道底板1.0 m，主要起到加固断层影响带内破碎煤体作用；第二排钻孔距离巷道底板2.5 m，主要起到加固破碎带内岩层作用。第一排、第二排钻孔仰角分别为1°～2°、3°～4°，钻孔孔深均为65 m，实现对断层在采面发育范围全覆盖注浆。具体注浆钻孔布置如图1。

图1 注浆孔布置示意图

注浆钻孔封孔采用“两堵一注”方式，封孔长度设计为6 m，封孔管为直径20 m无缝钢管，封孔材料为双液速凝材料。具体封孔结构如图2。

图2 “两堵一注”封孔结构

2.2.2 注浆参数

（1）注浆压力

注浆压力过大会导致钻孔漏浆严重，同时会在煤岩体中形成新的裂隙，注浆压力过小则存在注浆效果不佳问题。根据矿井以往注浆经验并结合现场试注情况，选择高压注浆方式进行注浆，注浆压力设计为8～10 MPa，当钻孔漏浆严重时将注浆压力降低至6 MPa。

（2）注浆量

注浆量与注浆压力、煤岩体裂隙扩展情况以及注浆长度等因素相关。初步估算单个注浆孔注浆量控制在450 kg。

3 注浆效果

在97217巷注浆完成后，布置窥视钻孔分析注浆加固效果。由图3可知，采用凯密安注浆对DF41断层破碎带加固后，岩层裂隙被注浆浆液充填，从而可在一定程度上提升破碎煤岩体强度及稳定性。

图3 钻孔窥视图

在采面回采过DF41断层破碎带期间对顶板以及煤壁稳定性进行记录，虽然采面过断层期间处于仰斜开采，但煤壁未出现片帮，顶板未有冒落。表明在97217巷进行超前注浆后，断层破碎带煤岩体稳定性得以明显提升，可为采面安全、快速过断层创造良好条件。

4 结论

（1）97309综采工作面需要采用仰采方式过断层，断层破碎带内煤岩体破碎，若不采取适当的加固措施极其容易导致煤壁大范围片帮、顶板冒落或者架间漏顶问题。为此，提出在回采巷道内布置钻孔对断层破碎带煤岩体进行加固。

（2）以采面过DF41断层为具体实例，对钻孔布置方案、注浆参数以及注浆效果等进行分析。现场应用后，采面过断层期间未有片帮、冒顶等事故发生，表明超前注浆技术方案取得较好的应用成果。

（3）在采面后续过断层时可分别在97217巷揭露DF102断层位置以及97219巷揭露DF32断层位置布置注浆钻孔，对断层破碎带进行加固，确保采面过断层安全。