注浆加固技术在综采工作面破碎顶板控制中的应用

注浆加固技术在综采工作面破碎顶板控制中的应用
大倾角综采工作面遭遇褶曲破碎带等地质构造，造成顶板垮落冒顶、片帮频繁，给工作面开采带来极大的困难。

若不及时控制，冒顶范围极易持续扩大，从而恶化生产环境，给安全生产带来严重威胁。

该综采工作面破碎顶板围岩控制采用预注浆加固充填技术，固结破碎顶板，解决了顶板管理的难题。

注浆加固技术对提高工作面围岩的强度和稳定性起到了明显效果，能确保回采安全和回采效率。

标签：综采工作面；破碎顶板；围岩注浆加固
1 概述
3544综采工作面走向长度为820m，倾斜平均宽度167m，煤层平均倾角45°，平均采高1.75m。

煤层伪顶为炭质泥岩夹煤线，厚1.20m，直接顶为灰色中厚层状粉砂岩夹泥岩，厚3.20m。

工作面推进至600m处遇到褶曲构造，其褶曲轴距为2.7m，背斜北翼煤层倾角为8°，向斜北翼倾角为21°，轴部倾伏向为276°，倾伏角为5°，沿煤层倾斜方向影响12m；背斜至向斜位置煤层顶板完整性较好，但张性节理发育，剪性节理稀少，极易发生顶板冒落。

工作面受地质影响，58#-75#支架段顶板岩层不同程度断裂，局部冒顶高度3-5m，致使支架支护不能接顶、前移困难，工作面推进度缓慢。

2 注浆加固机理
在破碎围岩体注浆过程中，浆液在泵压的作用下挤压或渗透到破碎岩体的裂隙中去，同时在压力的作用下，可将充填不到的封闭裂隙和空隙压缩，对岩体起到压实作用；浆液与岩体固结后，以固体的形式充填在裂隙中形成新的网络状骨架结构，形成完整的连续的承压体，提高岩体的自承载能力。

3 注浆技术工艺
3.1 注浆方案
为防止大面积片帮和冒顶，根据顶板岩石的特性和破碎程度，对工作面受褶曲影响段顶板采用波雷因（PN-1加固型、PN-4充填型）高分子有机化学材料进行注浆加固，波雷因材料通过专用气动注浆泵和混合枪，注入破碎岩体后迅速反应与岩体凝固生成高强度、有韧性的固体，以提高褶曲带破碎顶板的完整性。

褶曲段采取提前注浆和均匀注浆原则，即在工作面推进前均匀布置注浆孔提前进行注浆，达到整体加固煤岩体的效果。

注浆设计为两个循环，第一次注浆结束后，工作面向前推进2m后再进行第二次注浆。

3.2 充填孔的布置
注浆充填孔布置在支架端面顶板夹角处，交错布置成深孔、浅孔两部分，孔距3.0m，深孔眼深7m，上倾70度，浅孔眼深6m，上倾45度。

眼孔采用风动MQT-130/3.0型锚杆机配φ32mm的钻头进行打孔，采用ZBQ-5/12型風动双液注浆泵进行注浆。

封口器放置于距孔口3-4m位置，注浆孔布置可根据现场实际情况进行调整。

3.3 注浆操作工艺
标孔→钻孔→检查钻孔质量→安装注浆管及封孔部件→封孔→准备浆液→开泵注浆→凝固→检查注浆质量→验收。

安设注射管：连接注射管和注射花管，按照封孔深度安装封孔器。

连接供风注浆管路：注浆管路连接好后必须进行压浆试验，并注意观察材料混合比例。

开泵注浆：注浆规程中需按照注浆原则及时进行调整。

密切观察注浆区域煤岩体变化，出现漏料、串浆现象需停泵处理。

达到停注要求后停止注浆，注浆完毕后按照注浆设备及材料使用说明，采用充足的清洗剂清洗设备和附件。

3.4 注浆技术参数
注浆终压：根据围岩条件与类似工程经验，确定注浆终压为4MPa。

注浆扩散半径：
R=（γg h a/2s + a）β
式中：
γ为水的容重，g为重力加速度，s为浆液剪切强度，h为注浆压力，a为岩层的间隙等值半径，β为时间系数。

实际施工时通过调整浆液的胶凝速度、渗透性和注浆终压，保证实际有效扩散半径不小于2.5m。

单孔吃浆量：
Q=AπR2LnB
式中：
A为损耗系数，R为有效扩散半径，L为注浆段长，n为开口孔隙率，B为浆液充填系数。

加固注浆孔预定每孔注浆量为300～500kg。

如果单孔注浆量达到了设计数量而未达到设计终压时，停止注浆，以设计量为准。

4 注浆技术效果
经过对褶曲段破碎顶板围岩采取提前注浆加固充填，有效的控制了顶板大面积冒顶，由原来最大冒顶高度5m降到0.9m，冒顶频率也明显降低；减少了煤壁频繁片帮，确保了工作面的正常推进；极大改善了工作面的安全生产环境，避免了人工对冒落矸石的处理，提升了煤炭质量。

5 结语
3544综采工作面采用高分子有机化学材料对褶曲带破碎顶板进行注浆充填加固，其施工工序简单，操作方便，取得了良好的应用效果。

解决了工作面较大面积冒顶的问题，确保了生产效率，缓解了矿井生产接续紧张的矛盾，取得了较好的技术经济效益。

参考文献：
[1]王国际，注浆技术理论与实践[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.
[2]熊祖强，龚彦华，刘成威.破碎围岩巷道注浆加固技术[J].煤矿安全，2014，45（10）：68-70.。