注浆加固技术在综采工作面安全顺利过断层中的应用研究

李颖博

（晋能控股煤业集团晋城公司，山西 晋城 048000）

在回采煤炭时经常会碰到断层这种地质构造，顶板冒落、煤壁片帮等问题在综采工作面过断层破碎带时时常发生，严重威胁煤炭回采安全。在该过程中，通过相关措施改良破碎及不稳定的煤岩体情况，有利于煤炭安全回采。因此，本文通过研究分析晋能控股煤业集团某矿97309综采工作面过断层的状况，应用超前注浆加固技术来加固断层破碎煤岩体，从而实现综采工作面安全通过断层。

1 工程概况

晋能控股煤业集团某矿97309综采工作面，走向长和倾斜长分别为690m、180m，回采9号煤，埋深和煤层厚度分别为390m、1.6m，倾角3°。如表1所示，其顶底板岩性主要为砂岩。

表1 9号煤顶板岩性及底板岩性情况表

煤炭回采区域内地质构造的判定主要可通过回采巷道揭露地质状况获取。DF41和DF102断层在进风巷97217 巷掘进期间揭露，据后期物探和钻探成果可知，DF41断层(H=0.5～1.0m，257°，∠58°)在回采至351.3m时揭露，DF102断层(H=1.2～2.5 m，223°，∠49°)在回采至629.8m时揭露；DF32断层在辅助进风及运输巷道97219巷进期间揭露，据后期物探和钻探成果可知，DF32断层(H=1.0～2.1m，213°，∠30°)在采面回采至260m 时会揭露；主回风巷97220巷掘进期间没有断层揭露。综采工作面过断层时极易发生围岩破碎冒落及煤壁片帮事故。

2 注浆加固方案

2.1 注浆加固材料

为了减少注浆加固成本，本文采用新型的无机加固材料即凯密安材料，以加强断层周围破碎煤岩体强度。该材料对破碎煤岩体的胶结效果良好，且胶结期间产热较少。凯密安材料由A 和B 两种浆液组成，浆液混合3～10min 后即会胶结，浆液凝结强度在其按水灰比0.8∶1混合1h后高达8MPa以上，足以满足井下破碎煤岩体加固需求。如表2所示为注浆材料性能参数。

表2 注浆材料性能情况表

2.2 注浆加固钻孔布置

通常注浆钻孔布置方式有两种：①回采巷道内超前注浆。该注浆钻孔布置方式需对断层赋存参数及延展状况进行准确把控，但可减弱注浆对采面回采的影响。②一种是采面内注浆。该方式的优点在于可使注浆精准性提升，浆液消耗量下降，但通常注浆会对采面推进有部分影响。

晋能控股煤业集团该矿生产任务艰巨，为了不影响矿井生产进程，其注浆加固后不能影响采面快速推进。因此，对断层影响带内破碎煤岩体进行加固的方式采用在回采巷道内超前注浆方式。

2.2.1 钻孔布置及封孔

DF41、DF102断层在97217巷(进风巷)掘进期间揭露，DF32断层在97219巷（辅助进风及运输巷道）掘进期间揭露，因此，分别在97217巷和97219巷布置注浆孔对揭露的这3 条断层进行10m 范围内的加固。本文以加固DF41断层破碎带为例，设计注浆加固钻孔布置参数。

在97217 巷内，分两排布置注浆加固钻孔，第一排钻孔的作用主要为加固断层影响带内破碎煤体，设置在距离巷道底板1.0m处；第二排钻孔的作用主要为加固破碎带内岩层，设置在距离巷道底板2.5m。第一排钻孔仰角为1°～2°，钻孔孔深为65m；第二排钻孔仰角为3°～4°，钻孔孔深65m；实现对断层在采面发育区域的全覆盖注浆。如图1所示，为注浆钻孔布置。

图1 注浆孔布置示意图

如图2所示，本文注浆钻孔封孔采用“两堵一注”结构，采用双液速凝材料作为封孔材料，其封孔长度为6m，以直径20m的无缝钢管作为封孔管。

图2 “两堵一注”封孔结构

2.2.2 注浆参数

（1）注浆压力。注浆压力与注浆效果息息相关，压力过小则注浆效果较差，压力过大则会造成煤岩体产生裂隙以及钻孔漏浆严重现象。综合矿井之前的注浆情况及现场试注状况，注浆选取高压注浆方式，8～10MPa注浆压力，若钻孔漏浆严重则调至6MPa注浆压力。

（2）注浆量。注浆压力、注浆长度以及煤岩体裂隙扩展状况等都对注浆量有影响，单个注浆孔注浆量大概控制在450kg左右。

3 注浆效果

如图3所示，通过凯密安注浆加固DF41断层破碎带后，注浆浆液填满了岩层裂隙，有效提升了破碎煤岩体强度及稳定性。完成97217巷注浆后，安装窥视钻孔对注浆加固效果进行观察分析。

图3 钻孔窥视图

当采面回采过DF41断层破碎带时，记录其对顶板及煤壁的稳定性，尽管该过程处于仰斜开采，但煤壁片帮、顶板冒落现象均未发生。结果证明，97217 巷进行超前注浆后，其断层破碎带煤岩体稳定性显著提高，有利于采面更安全快速地过断层。

4 结论

（1）97309 综采工作面过断层时需选用仰采方式，造成断层破碎带内煤岩体破碎，煤壁大区域片帮、顶板冒落及架间漏顶现象极易发生，因此，要采取合适的加固措施，即在回采巷道内布置钻孔的措施加固断层破碎带煤岩体。

（2）以采面过DF41断层为具体实例，研究分析其钻孔布置方案、注浆参数及注浆效果等。实际应用后，采面过断层时未发生煤壁片帮、顶板冒落等问题，证明超前注浆技术方案应用成果良好。

（3）在采面后期过断层期间，可分别在以下位置布置注浆钻孔（即97217 巷揭露DF102断层处、97219 巷揭露DF32断层处），通过加固断层破碎带保障综采工作面安全通过。