大采高综采工作面过破碎带顶帮注浆加固技术

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专题论述
大 采高综 采工作面边破碎带 顶帮注浆加固技术
山西 大 同煤 矿 集 团白洞煤 业公 司 王 志 勇
［ 摘 要］ 大采 高综采 为国内新 兴的一项厚煤层 综合机械化 开采工 艺， 其主要优点是产能 高、 用人 少。 用大采 高综采的矿 井 ， 易实现 极 高产高效 的矿 井建设 目的。 该工艺的局限性在于应对破碎 顶板 条件的能力差。 １ ２工作面是在 ２类 一 Ⅱ型顶板下首次采用 ４５米大 ８０ ． 采 高综采 工艺， 回采过程 中遇到一 宽约 ５ 米的破碎带 ， 在 Ｏ 工作面频繁发生片帮 ， 顶板维护非常 困难。 为保证首采工作面顺 利推进 ， 对 工作 面破碎 带的项 帮进行 了注浆加 固技 术并取得 了良好 的效果 。 用化 学浆对 大采 高工作 面顶帮进行注浆加 固， 利 改善 了 煤壁 与顶板 的力学性质 ， 为大采 高工作 面安全顺利 回采提供 了有利 的条件 ， 为矿 井高产 高效提供 了一项 实用技术。
［ 关词 ］ 大采 高工作 面 顶 帮加 固 化 学注浆
一
、
工 作 面概 况
本工作面开采煤层为 ３ 样煤 ， 该工作面煤层沉积较稳 定 ， 结构复杂 。 工作面里段下部位 于 ２号 煤分叉区大部含有夹矸 ，为 细砂岩 ，厚度为 ０ ２１ 。工作面外段 ， ～ ．米 煤层为倾 向 Ｎ Ｅ的单 斜构造 ， 倾角为 ３～ 。工 。５； 作面里段 ， 煤层为一宽缓 向斜构造 ， 倾角为 ４～ 。 工作面里段发育一 向 。 ６。 斜构造 ， 两翼断层较发育 ， 地质构造较复杂 ， 主要表现为断裂构造 。 老顶 为细砂 岩 ， 灰色 ， 含有菱铁质透 镜体及条 带 ， 全层发育 ， 波状层理 ， 直接 顶为粉砂岩 ， 深灰色 ， 可见植物化 石 ， 含菱铁质 。直接底 为粉砂岩 ， 深灰 色， 上下部致密 ， 含有植物根部化石 。煤层厚度 ４６～６２ 平均 ５３ｍ。 ． ．ｍ， ． ２ 在工作面推进过程 中， 到一条破碎带 ， 遇 破碎带宽度 约 ５ ， ０米 在工 作面通过破碎带期间 ， 伪顶 冒落 ， 直接顶破碎 ， 煤壁 片帮 ， 给工作面的安 全及生产带来 了非常大 的影 响， 如不及时采取方案加 以控 制 ， 冒落的矸 石会造成频繁压工作面运输机 ， 造成运输机启动 困难 、 磨损严重。在大 采高工作面破碎带移架对操作人 员的安全带来严重 的威 胁。更重要的 是， 在频繁压运输机 、 移架 困难 的情 况下 ， 不能保证工作 面正常运转 ， 难 以实现大采高高产高效 区队建设 的 目的。 因此必须对工 作面进行注浆 加 固， 保证正常运转 。 二 、 岩 体 超 前 化 学 注 浆 固化 机 理 煤 ｌ超前注浆 、 在采掘工作面煤岩体开挖前 进行预注浆称作超前 注浆 ，就是利用 浆液来充填和 固结顶板 （ 煤壁 ） 的裂隙面 ， 提高煤壁及顶板 强度 ， 充分发 挥煤岩体 自身承载能力 ， 保持 围岩稳定 、 形成应力平衡过程 。 因此 ， 煤岩 体预注浆 固化可显著提高工作 面煤 壁 、 顶板 的完整性 ， 改善综 采工作面 架前顶帮状况 。 ２ 充填压密及转变顶板煤壁破坏机制 、 断裂力学认为 ， 连续介质 内有裂 隙时 ， 在承载过程 中会形 成强烈的 应力集 中， 在裂隙端部产生最大应力 集中 ， 介质产生破坏 就是 在一定的 应力条件下裂隙 出现失稳扩展 的结 果。超前注浆 时浆液 在泵 压的作用 下 ， 了将一些较大的裂 隙充填满 ， 除 还可将一些充填不 到的封 闭裂隙和 小裂隙压缩 ， 甚至使其闭合 ， 提高煤壁 、 顶板的弹性模量和强度。 ３ 浆液 固结体形成 网络骨架 、 浆液经挤压或渗透到 围岩纵 横交错的裂隙 中固结 ，会形 成网络骨 架结构 。 形成 网络骨架 的高分子化学材料抗压强度不一定很高 ， 但此 固 结体具有 良好 的韧性和粘结性 。 当外载增加时 ， 固化材料发生变形但不 破坏 ， 载荷主要 由强度较高 的煤 岩体 承担 ， 这样 围岩 的破 坏条件由原来 的裂隙弱面强度条件 向接近岩体 强度条件转化 。当外载超 过围岩强度 而发生较大变形时 ，固结材料 的网络以其 良好 的韧性 和粘结 强度起到 骨架作 用 ， 提高 围岩的残余强 度 ， 限制其 破坏的扩展 ， 而改善 工作面 从 架前顶帮状况 。 三 、 浆 方 案 注 １注浆材料 ： 、 波雷因 。 波雷因化学浆的技术性能介绍 波雷因化学浆是一种高分子 聚合 物 ， 具有较好 的渗透性 ， 与煤岩体 均有较高的粘合力 ， 在压力作用下可 渗透到微裂隙之 中， 混合后 反应膨 胀凝 固， 形成致密 的网络骨架体 ， 工作 面顶板和煤壁起 到有效 的固结 对 作用 ， 其广泛应用于煤矿煤岩体加 固工程。波雷因化学浆 的优 点有 ： ① 粘度低 、 渗透性好可渗人到岩层微细裂隙或节理内 ； ②具有优异的粘结 强度 ， 与松 软岩层粘结为一体 ， 增加松软岩层 的整体性 ； 材料 的 能 并 ③ 凝胶体具有较好的延展性 ， 从而能很好 的适 应岩层 的较大变形 ； ④材料 反应后生成的凝胶体具有较强 的机 械强度 ，从而对松散岩层具 有辅助 支护作用 ；⑤ 材料能遇水发生膨胀反应 ，从而其还具 有注浆堵 水的效 用。波雷因化学浆的技术参数如下 ： （ ） 化 时 间 ３ ～５ ｓ （ ） 沾 手 时间 １０～ ０ ； ３ 固结密 度 １乳 ０ ０；２ 不 ８ ４ｓ （ ） ３ ０ ４ ０ ｇ （ ） ０ ～ ０ ｋ／ ；４ 抗压强度 ４ ５ Ｐ ；５ 阻燃性能 ： ｍ — Ｍ ａ（ ） 阻燃 氧指数小 于 ２ ％；６ 黏结强度 ０ ～ ． Ｐ ；７ 双液混合 比 １ ｌ ６ （） ． ０ Ｍ ａ（ ） ４ ５ ： 。现场 司泵 员要 及 时关注注浆情况 ， 确保黑 、 白材料按 １ １比例压注。 ： 每次注浆结束后 ， 对 泵要进行冲洗 。 ２ 注浆范围 ： 、 工作面顶板破碎溜渣区域及上下两台支架。