综采工作面胶带顺槽注浆加固方案设计与应用研究

＊陈萌萌

（山西潞安晋安矿业工程有限责任公司 山西 046000）

煤矿生产安全管理不仅对生产作业安全保障具有直接性影响，更是企业经济效益和社会效益实现的基本前提。在当前煤矿企业生产技术水平不断提升背景下，综采工作面注浆加固技术类型也更加复杂，这些技术研究多集中于顺槽顶帮支护、应力区顶板支护等方面，同时也有关于注浆浆液方面的研究，为注浆加固技术应用提供参考。本文基于某煤矿8105综采工作面顺槽注浆加固方案为例，对相关技术方案和应用要求进行说明，以期为同类工程项目处理提供参考。

1.工程概况

某煤矿8105综采工作面胶带顺槽，巷宽4.5m，至回采线长600m，由于该工作面为孤岛工作面，受两侧采空压力影响，巷道顶板压力集中，极易出现顶板下沉及底鼓现象，由于两巷帮受压力影响极易破碎出现鼓帮现象，严重影响工作面回采安全。为了加强巷道顶板及两帮的结构完整性，使回采顺利进行，必须采取措施对巷道围岩进行整体加固。

2.综采工作面胶带顺槽注浆加固方案设计

(1)注浆加固治理原理及预期效果

当前我国煤炭企业生产中，关于综采工作面注浆加固治理原理方面的研究已经较为丰富，形成全面而又具有针对性的技术体系[1]。本文基于某煤矿8015综采工作面现状，提出采用化学注浆法进行加固治理，一方面通过注浆作业，能够有效改变弱面的力学性能，提升工作面破碎煤墙的强度和顶板支撑能力，有效提升顶煤整体稳定性；另一方面能够使松散破碎体重新胶结为整体，形成承载结构，充分发挥出岩石顶的自稳能力[2]。

通过工程方案设计，能够达到如下效果：一是利用浆液固结体的网络骨作用，有效提高围岩参与强度、限制围岩破坏的扩展，有效改善围岩变形状况[3]是基于浆液的充填压密，能够将裂隙压缩直至闭合状态，转变围岩破坏机制，有效提升围岩弹性模量和强度。二是能够将松散岩体重新胶结成整体，提升整体承载能力，避免工作面推进过程中形成片帮冒顶现象，改善现有赋存环境[4]。

(2)注浆加固材料选择

表1 晋安加固I号材料技术参数

(3)施工区域确定

依据本工程项目施工现场勘察情况，加固区域确定为：巷道回采侧帮加固长度150m（回采里程350～500m位置），巷顶加固长度100m（回采里程400～500m坡底低洼处），停采线及车场加固长度70m。注浆加固平面图设计如图1所示。

图1 某煤矿8105综采工作面机尾三角区注浆加固平面图

在设计方案中，排间距为4m，顶板五花眼布置，巷帮三花眼布置。顶板注浆孔深4m，单孔注浆量20桶，帮孔孔深5.0m，单孔注浆量控制在30～40桶。

(4)注浆孔参数及布置

注浆孔位置整体设计为：在巷道顶板第一排布置3个注浆孔，中间1个孔，两边距离两帮0.5m处各1个孔，第二排布置2个注浆孔，两孔在距离两帮1m处，排距4m，依次类推，按五花眼布置。具体布置方案如图2所示。

图2 王庄8105工作面胶带顺槽巷道钻孔布置图

在确定整体注浆孔位置基础上，各个部位注浆孔位置及参数设计如表2所示。

表2 注浆孔位置及参数设计

打孔作业方式为钻具打孔，确保注浆孔深度及角度符合设计要求，在注浆孔外布置2m注射管，再连接封孔器，内部全接花管。

(5)施工工艺流程

依据设计方案及打孔作业规范要求，施工工艺流程组织如下：首先是打孔作业，依据孔位设计，打设注浆钻孔。钻孔直径Ф=42mm，深度、倾角按照设计要求打设，在现场可根据情况进行适当调整。打孔完成后，多功能泵及其附件组装好并把注射枪固定在对应位置。其次是注浆流程：将两根吸料管分别插入树脂和催化剂桶中，活塞在气马达的作用下运动，由于压力的作用使原料经过活塞进入输料管，输送到注射枪里，通过注射枪注入地层，原料渗入裂隙，进而快速反应达到加固的目的。再次注浆流程完成后，用树脂冲洗管路和混合枪，在重复上述步骤完成换孔注浆。

3.注浆加固方案施工工艺要点及安全措施

(1)施工工艺要点

综采工作面胶带顺槽注浆加固方案施工流程虽然较为简单，对施工现场要求不高，但是在具体施工过程中，为确保注浆加固效果达到预期目的，在施工过程中还应当注意如下方面要点：一是在施工过程中应当注意提供稳定的风源，将风源压力控制在0.4～0.7MPa范围内，同时要确保孔深和孔间距前提下，才能够进行钻孔处理。二是注浆人员在施工中，应注意查看注浆量、注浆比例及扩散范围，准备好棉纱、木楔以封堵漏液区域，减少材料浪费保证加固效果。当注浆过程中出现少量反料情况时，应降低注浆速度或进行间歇性注浆，直至不再出现反料；当注浆过程中出现大量反料时，应用棉纱、木楔进行封堵，如仍无法封堵时，应停止注浆。三是在注浆作业过程中，必须要明确对应的应急预案，注意观察注浆压力，在出现故障时，要能够第一时间进行故障处理，以确保注浆正常进行。四是在注浆作业中，要做好清洗剂，水和机油（每次需15kg）以及装水的旧桶等材料的准备，在作业流程完成后，用清洗剂将缸体、注浆管路和注射枪冲洗干净，保证下次注浆时能够正常使用。

(2)钻孔安全技术措施

依照国家和企业相关生产安全管理规范要求，钻孔安全技术措施主要包括如下方面内容：

伴随着公众阅读方式从纸质阅读向数字化阅读转变，传统的报刊亭已不能完全满足市民需求。同时，随着人工成本逐年上升，报刊的运营成本也在逐年提高，让城市报刊亭的经营普遍陷入困境。

一是强化施工人员技能考核要求，熟知锚杆机、风钻等设备运行特征，能够熟练掌握相关机具性能和操作方法，在现场做好操作规程培训并考试合格后，方可上岗作业。

二是做好施工作业前的设备检查和技术处理工作，锚杆钻机的各连接处要紧固到位。将操作按钮、搬手等置于关闭状态，向油杯内注入机油、抓紧钻机接头，打开压风阀门，将风带风管等处杂物和积水清除到位。接头位置要用专用U型卡卡牢。在处理完成后，与司机沟通到位后打开截门，在空载状态下，由慢至快进行钻动、升降及充水操作，在确保各项作业要求达到正常作业要求情形下，由另一作业人员插入钻杆并紧握护手，司机将钻头缓慢提升至钻孔位置，同时打开冲洗水及钻机开关，待钻头钻进岩体并确定旋转稳定后，再快速钻进。这一环节是钻孔作业的核心环节，也是确保整体钻进质量的关键环节。

三是做好作业现场的安全管理工作，人员站位必须稳定、可靠，在巷道支护达到安全前提下才能进行施工操作，坚决避免出现空顶作业。施工现场组织应当全面、有序，确保各个岗位工作人员能够配合到位。

四是对于施工中出现的不正常现象，应当及时排除后再进行后续作业，坚决避免出现带病作业和超负荷运转现象。在出现孔内阻力增大且排粉能力明显不足时，必须停止钻进并采取对应措施处理后，才能进行后续作业，坚决避免出现蛮干现象。

(3)注浆安全技术措施

注浆安全技术措施要求较为繁琐，具体内容可以总结为如下方面：

一是现场人员的安全防护管理，注浆人员及现场观察人员，都必须佩戴防护眼镜、橡胶手套等防护用品，在出现高处钻孔和安装注浆管作业时，还应当佩戴安全带，确保工作台搭设质量。

二是现场作业人员要严格依照安全规范要求进行操作，做好现场泵压力及泵口方向观察，做好吸料情况观察，各个岗位人员随时报告观察情况。在现场应当准备好一定量的清水和机油等清洗剂，在注浆不慎溅到皮肤或眼睛等部位，需要立即用清水冲洗，严重情形下还需立即就医。同时在注浆收工阶段，还需要做好缸体和注浆管路的清洗工作。

三是要做好关键施工环节的衔接与安全检查，在钻孔、接管、下管及封孔等各个作业环节，预先检查周边情况，坚决避免违章作业现象，确保各个部位连接牢固，防止出现设备和顶板掉落造成的人身伤害。

四是在施工过程中，如有出现围岩松动、跑浆、注浆压力突然下降等意外情形，要及时停止作业，待查明原因并采取有效处理措施后，才能够恢复正常作业。

4.注浆加固方案应用效果分析

注浆作业完成后，围岩结构裂隙明显充实，岩体由二向应力转变为三向应力状态，密实度和塑性都明显增强，脆性减弱，达到较好的处理效果。晋安加固I号注浆材料在不遇水的情形下，能够达到1.2～2.5左右的膨胀系数，在遇水时，则能够达到原体积的10～20倍，达到良好的裂隙处理效果[5]本工程施工中，总结出对应的施工组织方案和工法一套，为后续同类项目处理提供更加精准的参考依据。相对于传统施工工艺，综采工作面各个部位稳定性有明显提升，有效确保作业安全。施工过程中材料和人工方面的经济成本较之传统工艺也有明显缩减，成本控制达到较好水平，能够达到较好的经济效益[6]。

5.结论

基于现场施工和现场相关参数检测，整体施工达到预期设计效果，取得良好经济效益和社会效益。通过改进技术方案应用，综采工作面注浆处理施工成本较之传统施工方案，材料成本投入有所增加，但是在人力资本投入和施工流程方面具有较为明显优势，因此总体施工成本明显下降。通过胶带顺槽注浆加固处理，能够确保综采工作面在后续作业中的整体安全水平得以有效控制，达到良好的经济效益和社会效益。