回采工作面超前预注浆加固技术研究

刘 鑫

（山西晋煤集团沁秀公司岳城煤矿，山西 晋城 048006）

综采工作面过构造带，是影响原煤安全高效开采的重要课题。受构造前后煤层地质变化影响，工作面容易出现顶板变形破碎，进而导致支架接顶不实、压架死架等现象，对采面的生产进度和安全工作造成很大阻碍。现阶段过构造主要是依靠工人进入煤帮后用单体柱临时支护，不但效率慢，还极易引发片帮伤人事故。因此如何实现构造区的超前治理防范，是目前回采提效的重要课题。

1 现场概况

岳城煤矿为晋煤沁秀公司下属生产矿井，设计生产能力150万t/a，主采3号煤层。井田内3号煤层赋存稳定。1308工作面走向长度为1623.2m，倾斜长度为294.7m，可采长度1305.2m，煤层平均厚度4.79m。顺槽巷道断面为矩形，沿顶留底掘进，采用树脂加长锚固锚网锚索联合支护。工作面布置示意图如图1所示。

图1 1308工作面布置示意图

2 研究内容

本研究主要是将1308工作面构造探测技术、煤岩体深孔注浆技术相结合[1]，利用工作面构造探测结果，制定有针对性的深孔注浆加固方案，在工作面推进过程中，超前工作面进行注浆施工，并在1308巷进行工业性试验，实现顶板冒落率降低80%以上，最大冒落高度不超过1.0m，片帮率降低80%以上，最大片帮宽度不超过1.0m，不影响工作面的正常推进。

（1）大采高工作面构造区域探测，主要利用槽波探测技术对工作面地质异常区域进行探测，有效指导深孔注浆钻孔布置、注浆施工等。

（2）大采高工作面构造区深孔注浆方案设计，主要是结合工作面构造探测结果，制定具有针对性的钻孔布置方案、深孔注浆加固方案，合理安排工作面构造区域的深孔注浆加固工作。

（3）大采高工作面构造区深孔注浆工业性试验及效果考察，主要是按照工作面构造区深孔注浆方案，对工作面构造区进行超前注浆施工，对深孔注浆加固效果进行现场验证。

项目研究开发的技术路线如图2所示。

图2 项目研究的技术路线

3 研究方案

3.1 构造探测

本次槽波勘探选择在1308工作面，探测长度为937m。由槽波探测数据分析可知，工作面回采区域发现地质构造异常区域共7处，具体如表1所示。

3.2 钻孔布置

根据工作面探测结果可知，6#、7#构造对工作面影响最大，因此重点对6#、7#构造进行超前预注浆。以6#构造区为例，其钻孔布置方案如下：

打钻范围：13081巷内，里程80m至停采线往外15m，约165m范围超高区。

计划采用上、下两排钻孔深孔注浆方式，对超高区进行加固。其参数如下：

（1）上排孔开孔高度距离顶板1.5m，下排孔开孔高度距离顶板3m，仰角均为1.5°（钻杆长度每100m，自然下垂1°，终孔位置基本与开孔高度水平）；

（2）上下排孔间距均为6m，孔径94mm，孔深140m。钻孔布置见图3，钻孔参数见表2所示。

表1 1308工作面构造区条件表

图3 6#构造区钻孔布置图

表2 钻孔施工参数

3.3 超前注浆

对6#、7#构造进行超前注浆，注浆设备系统图如图4所示。

图4 注浆设备系统示意图

每日注浆前，应提前将所需材料搬运至注浆设备附近。注浆搅拌水灰比必须一致，两种浆料必须确保等体积1:1吸浆[2]，注浆压力、泵速（流量）根据注浆情况及时调节。所有人员不能远离自己岗位，注浆看护人员要观察注浆泵是否吸浆，下料是否一致，出现问题及时反馈调整，当遇到漏浆情况的时候，暂停注浆泵，采用棉纱或者棉纱蘸进行封孔，防止喷漏浆伤人。

4 现场检验

该项目于2017年9月至12月在13081巷进行井下试验。为方便对注浆加固后的煤岩体注浆效果及注浆扩散半径进行考察，在注浆区域布置钻孔进行钻孔窥视，探测浆液渗透效果。窥视效果如图5所示。

由上图可见，注浆后浆液扩散至2m左右时，构造区煤体破碎程度减缓，最远可扩散至4.5m左右，此时构造区域与周围煤体粘结成一个整体，煤体破碎程度大幅度减小，煤层结构稳定清晰，未发生大面积垮落[3]，说明注浆有效提高了构造区域的围岩整体性。

工作面推至注浆区域后，对工作面煤体深孔注浆加固效果考察。工作面顶板围岩控制较好，基本上未出现顶网漏矸及支架压架现象。煤壁整体平整，共发现两处片帮，第一处发生在56#～57#架处，深度约0.3m；第二处发生在81#～82#架处，深度约0.4m。其现场拍摄照片如图6所示。

图5 注浆效果、扩散半径窥视效果图

从图中可以看出，掩护架前煤壁整体结构平直，56#～57#架片帮区域可能是采煤机超挖引起的正常现象；81#～82#架处片帮程度较大，可能是靠近机尾三角区，受采动影响过大引起的煤壁脱落，片帮呈纵向分布，与回采方向一致，对回采影响较小。

图6 工作面煤壁片帮情况现场照片

5 结论

对1308工作面采用槽波探测后，制定深孔超前注浆方案，能够有效提高构造区围岩应力，降低煤帮破碎情况。结合现场工业性试验结果可知，该技术能够有效控制顶板围岩整体结构，顶板冒落率降低80%以上，片帮率降低80%以上，最大片帮宽度不超过1.0m，说明该技术能够有效提高回采速率，确保工作面安全高效回采。