厚煤层综采面冒落空巷注浆加固技术的应用实践_韩晓东.pdf

342023 年第 5 期厚煤层综采面冒落空巷注浆加固技术的应用实践韩晓东（山西焦煤霍州煤电集团庞庞塔煤矿，山西 吕梁 033200）摘 要 庞庞塔煤矿 5107 工作面巷道过顶部空巷冒顶事故频发，针对该情况采用注浆加固冒落空巷两帮破碎煤体，浆体将大部分空洞、裂隙填满，较好地将破碎煤岩块体粘接一起，提高了煤岩体整体性，煤机截割过程中煤壁平直，注浆加固效果理想。关键词 采煤；空巷；注浆；加固 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.011Application Practice of Grouting Reinforcement Technology for Caving Empty Roadways in Thick Coal Seam Fully Mechanized Mining FacesHan Xiaodong(Pangpangta Coal Mine of Shanxi Coking Coal Huozhou Coal Electricity Group,Shanxi Lliang 033200)Abstract:The 5107 working face roadway of Pangpangta Coal Mine has frequent roof fall accidents when it passes through the top empty roadway.In view of this situation,grouting is used to reinforce the broken coal body on both sides of the caving empty roadway.The slurry fills most of the holes and cracks,better bonding the broken coal and rock blocks together,improving the integrity of the coal and rock mass.The coal wall is flat and straight during the process of the coal machine cutting,and the grouting reinforcement effect is ideal.Key words:coal mining;empty roadway;grouting;reinforcement收稿日期 2022-10-29作者简介 韩晓东（1985），男，山西柳林人，2010 年毕业于中国矿业大学矿业工程学院采矿工程专业，硕士研究生，采矿工程师，现从事采煤技术、智能化管理工作。韩晓东：厚煤层综采面冒落空巷注浆加固技术的应用实践韩晓东：厚煤层综采面冒落空巷注浆加固技术的应用实践1 工程概况庞庞塔煤矿 5107 工作面采用分层综合机械化采煤工艺，工作面走向长 675 m，倾向长 120 m，上分层采高 3.1 m，下分层采高 3.1 m。5107 工作面回风巷掘进至 335 m 揭露五西底残采区域，537 m 揭露高落式回采冒落区，掘进时共穿越 7 个回采冒落区，总长 107 m，预测有 3 条高落式回采巷道延伸至 5107 工作面内，影响顺槽长度为 110 m、工作面内长度 050 m。51021、51022、51023 三条以掘代采的煤巷及其间横川的顶煤、直接顶已经冒落，巷道及横川间残留的煤柱被压酥破坏。2 冒落空巷注浆加固技术的实施沿顶冒落空巷形态复杂多变，周边破碎区范围大，基本处于无支护状态，在受工作面超前支承压力作用前，基本顶下方大部分直接顶已垮冒，基本顶活动空间充裕，基本顶断裂后形成的冲击动载荷，加上空巷两帮煤体压酥变形严重，基本顶下沉量很大，分层开采、放顶煤、大采高一次采全高等厚煤层综采技术均无法防止上覆岩层的大结构失稳，难免发生严重顶板事故。5107 工作面过冒落空巷采用注浆加固冒落空巷两帮破碎煤体1，提高其承载能力，固结和填实松散煤矸石，将胶结成整体煤岩至顶板的富余空间充填满。为此，提出循环钻进注浆分次成孔注浆工艺。2.1 空巷注浆加固系统冒落空巷注浆系统如图 1 所示，注浆 A 料、B料分别配备 1 个搅拌桶和 1 个盛浆桶，并匹配双液注浆泵。图 1 冒落空巷注浆系统示意图352023 年第 5 期韩晓东：厚煤层综采面冒落空巷注浆加固技术的应用实践韩晓东：厚煤层综采面冒落空巷注浆加固技术的应用实践注浆泵选用 ZBYSB320/10-37 双液注浆泵，可无极调节排浆量和排浆压力，能够按预定注浆终压自动调节排浆量。该泵双缸独立，两个吸排口能够同时吸浆、出浆，使浆液按照 1:1 混合。注浆泵工作压力在 010 MPa 可调，双液流量控制采用 GLW型管道流量传感器控制。2.2 注浆钻孔的布置方案及参数依据残采区域影响 5107 工作面的范围，残采区域注浆加固钻孔布置方式为单孔平行布置，如图 2。图 2 注浆孔单孔平行布置示意图布置 17 个钻孔，钻孔间排距在 69 m，钻孔仰角 2 3，钻孔开口直径 133 mm，正常钻进时采用 75 mm 钻头，钻孔与巷道中心线夹角45。在距开切眼 6880 m、135157 m 处棚梁架设中柱加强支护的区域，不能够正常布置钻孔时，应适当调整钻孔角度。在首轮注浆完成后，设置 6 个检验钻孔检验注浆效果。检验钻孔开孔高度距底板 1.5 m，孔径均为 75 mm。2.3 冒落区分次成孔工艺2.3.1 冒落区域成孔工艺根据冒落区分次成孔技术，工艺流程如下进行：1）根据设计注浆钻孔的布置，固定 ZDY1200S（MK-4）型液压钻机位置，按照23的仰角开孔。开孔采用 133 mm 合金钻头钻进至 5 m 左右，退钻杆。2）安装套筒与制备双液注浆材料。套筒共三节，每节长度 1.5 m，直径 108 mm。安装套筒同时制备双液注浆材料，利用 2ZBQ 型气动注浆泵进行一次注浆，加固孔口。注浆时压力不宜太大，以防将套筒从注浆孔压出，待浆液从孔壁溢出后，停止注浆。注浆套孔示意图如图 3。图 3 注浆套孔示意图3）更换钻头钻进。1020 min 后待浆液硬化后，调换 75 mm 的钻头在套筒内钻进。4）在钻进过程中，出现排钻困难、卡钻等异常现象，在钻杆前端加装三棱钻杆，由压水排渣改为压风排渣。5）钻进至空巷冒落区时，因冒落的矸石破碎，出现卡钻、抱钻等异常现象时，退钻并重安法兰盘，连接注浆管再次注浆。一般注浆压力控制在 1 MPa以内，待浆液硬化后，再次在套筒内钻进。6）如此反复重复注浆、打钻工序，直到钻孔深度达到设计值为止。成孔后采用插管注浆的办法。2.3.2 注浆孔封孔工艺1）封孔长度的确定5107 进风巷掘巷时，揭露了大量的旧采废巷，冒落矸石区与巷道相连通，构成了主要漏浆通道，导致浆液刚注入就从漏浆通道漏浆，无法注入深部破碎区域，注浆时没有达到终止注浆标准就停止注浆，注浆加固效果不佳。为确定最佳封孔长度，在5107 进风巷另一帮进行注浆试验，试验钻孔深度20 m，设计取 2 m、4 m、6 m、8 m 四种不同封孔长度，进行注浆试验，至产生漏浆现象为止，得到注浆量统计数据，确定最佳注浆封孔长度为68 m。2）注浆孔封孔根据钻孔深度的不同，从距孔口 68 m 处至孔底插入每隔 200 mm 打对穿射浆孔的 DN20 型 PVC管，钻孔口 68 m 范围内插入 6 分镀锌钢管。孔口封孔前插入 34 m 的铝塑管，6 分镀锌钢管旁插入铝塑管后用棉纱对钻孔进行封堵，防止浆液流出。用制浆桶制备水灰比为0.7:1的新型无机注浆材料，连接铝塑管进行封孔注浆，浆液从孔口流出时停止注浆，封孔完成。过 1020 min 待封孔段的浆液硬化后，即可连接注浆管进行注浆。如图 4。图 4 注浆孔封孔示意图2.4 注浆施工工艺1）注浆流程注浆管路连接完毕，开泵，打开卸压阀，将注浆管中的水排出，然后关闭卸压阀进行注浆。注浆初始压力控制在 12 MPa，如不出现漏浆可以适362023 年第 5 期4 结语通过采用现场考察、理论计算、数值模拟综合方法对 22116 工作面沿空掘巷小煤柱的留设尺寸进行优化，确定煤柱最小合理尺寸为 8 m，针对性地对巷道采取注浆加固措施。监测结果表明：巷道整体变形量较小，无明显底鼓现象发生，注浆加固效果理想，能够保证沿空掘巷小煤柱稳定。对比留设20 m 的大煤柱方式，可以多采出原煤 4.8 万 t，创（上接第 33 页）当增加注浆压力。根据钻孔的深度，在确保不漏浆前提下适当增大材料的水灰比，水灰比控制在1.5:14.0:1。2）注浆顺序按注浆钻孔布置先后顺序施工，原则上采取打一个注浆孔注一个孔的方式，一方面已经注浆的钻孔可以对周边破碎区域加固，有利于下一个钻孔的成孔，另一方面可以避免钻孔间距较小发生浆液串孔的问题。3）注浆停止标准下压至不吸浆液或注不进浆液，注浆量越大越好，但在实际施工中难以做到。一般注浆结束的主要依据是达到设计压力和最终吸浆量。在正常情况下，每次注浆时，注浆压力由小逐渐增大，注浆量则由大到小；注浆后期，钻孔最终单位吸浆量应小于最小单位吸浆量。当注浆压力达到设计终压时，单孔吸浆量小于 3060 L/min，稳定 2030 min 即可结束注浆。3 冒落空巷注浆加固法应用效果评价3.1 冒落区注浆量在 5107 进风巷对残采冒落区注浆时，采用注浆与打钻套孔循环交替实施，即注浆过程中成一孔，即封孔注浆。单孔最大注浆量达 36.1 t，最小注浆量在 2.5 t，设计钻孔共计注浆 266.4 t。6 个检验钻孔的钻进整体上比较顺利，在打钻过程中卡钻、掉钻、塌孔等异常现象较首轮钻进时明显减少。冒落的煤岩体得到有效的加固，冒落空巷间煤柱区域松散破碎的煤体没有充分加固，利用检验钻孔对残采区域进一步补注浆。验证钻孔共注浆 27.2 t，多数验证钻孔注浆量在 3 t 左右。在工作面回采过程中根据空巷的揭露情况和空巷间煤柱的破碎情况，在检修班对揭露空巷注浆效果不理想的区域和空巷间压酥破碎的煤柱进行浅孔补注浆加固，破碎煤体中每个注浆孔的注浆量在0.51 t，新揭露空巷每个注浆孔注浆量在 23 t。回采过程中分 15 次对冒落空巷间的煤柱及新揭露的冒落区进行注浆，注浆量达 90 t。3.2 冒落区注浆效果5107 工作面冒落区注浆完毕后，选择注浆薄弱地方进行钻孔窥视。从注浆前、后钻孔窥视结果可知：注浆前煤体内部煤岩体破碎，钻孔变形严重，孔口、甚至孔内都出现严重塌孔现象，明显观察到散状分布的煤岩块体；注浆后，钻孔成孔明显变好，钻孔孔壁完整，明显观察到浆液完全填满煤岩体之间的裂隙，或者浆液完全填满空洞区域，将破碎煤岩体粘结到一起，煤岩体内部结构完整、紧密，注浆加固效果良好。5107 工作面自 2021 年 12 月开始回采上分层，从回采揭露的残采区域注浆和回采情况来看，整体注浆加固效果较好。浆体将大部分空洞、裂隙填满，较好地将破碎煤岩块体粘接在一起，提高了煤岩体整体性，截割过程中煤壁平直。4 结语庞庞塔煤矿 5107 工作面巷道过顶部空巷冒顶事故频发，在对冒落空巷治理方法分析基础上，提出了注浆液加固冒落空巷两帮破碎煤体的方案，对方案中空巷注浆加固系统、注浆钻孔的布置方案及参数、冒落区分次成孔工艺和注浆施工工艺进行了分析阐述。【参考文献】1 胡方芳.掘进巷道过冒落空巷综合治理技术研究J.山东煤炭科技，2022，40（09）：44-47.收 4800 万元，经济效益显著。【参考文献】1 郭重托，李杰，柏建彪，等.特厚煤层综放开采沿空掘巷煤柱合理宽度研究 J.煤炭工程，2022，54（02）：19-24.2 宋慧杰.厚煤层孤岛综放面沿空掘巷煤柱优化及加固技术研究 J.煤，2022，31（02）：62-65.3 于忠久，郭高峰.三元煤业小煤柱开采技术的研究和实践 J.山东煤炭科技，2013（03）：19+21.