作者：杨文晖
来源：《科技资讯》 2014年第23期
杨文晖
（晋煤集团长平公司生产中心 山西高平 048000）
作者简介：杨文晖，男，生于1978年5月16日，采煤工程师，太原理工大学工程硕士，现在晋煤集团长平公司生产技术中心工作。
摘 要：大采高工作面开采强度大，采动影响剧烈，采动影响巷道维护困难，晋煤集团长平公司通过采用新型无机注浆材料，配合合理的注浆工艺和方法，对留巷复用巷道进行注浆加固，有效的控制了围岩变形，减少煤柱损失29m，取得了良好的技术经济效益。
关键词：大采高；动压；注浆加固
中图分类号：TD353文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2014)08(b)-0000-00
1. 引言
大采高技术开采效率高、产量高、技术经济效益好，已经成为厚煤层开采的主要发展方向，但晋煤集团3#煤瓦斯含量高，大采高工作面瓦斯涌出量大，尤其是上隅角瓦斯治理难度大，一般采用外错尾巷布置，形成U+L型通风解决，但是必然就面临煤柱损失和复用巷道的加固问题。晋煤集团长平煤矿3#煤层厚度近6.0m，煤层裂隙发育，强度角度，顺槽巷道高度为全煤厚，宽度约5.5m，断面较大，在大采高强烈采动作用下，虽留设64m煤柱，但是复用巷道仍然维护困难，很难满足接替工作忙的开采需要，造成了煤柱的大量损失。为了解决煤柱损失问题，提高盘区回采率，在长平公司4313大采高工作面实验35m净煤柱，配合高性能无机注浆加固材料进行工程实验。
2. 工程概况
4313大采高工作面四盘区大采高工作面，东部为一盘区采空区，西部为4303工作面采空区，北部为Ⅲ4315综采工作面（尚未布置），南部为Ⅲ4311综采工作面采空区。工作面为走向长1200m，倾斜长220.70m(帮—帮)，煤层总厚度为5.90m(其中煤厚5.59m，泥岩夹层厚度0.31m)，煤层倾角1~12°，平均倾角6°。工作面布置三条顺槽，如图1所示，采用“两进一回”通风方式，其中43131巷和43133巷为进风巷，43132巷为回风巷，43132与43131巷间煤柱尺寸为35m，工作面开采后需保留作为接替工作面4315大采高工作面的进风顺槽。
图1 4313工作面巷道布置图
3. 注浆加固方案
3.1 新型无机注浆加固材料
大采高工作面采动影响巷道，在超前支承压力和侧向支承压力的作用下，围岩破碎较为严重，裂隙发育，致使注浆过程中面临的不是浆液渗透性差、扩散半径小等问题，主要是漏浆问
题，尤其是工作面顺槽巷道，表面无喷浆保护，注浆过程中极易漏浆，主要通道主要是锚杆、锚索孔、瓦斯抽放孔，以及巷道浅层破碎区与表面贯通裂隙。大量的工程实验表面，采用普通水泥浆单孔注浆量一般不超过50kg，主要问题是漏浆时很难堵漏，只能中止注浆。而聚氨酯类高分子注浆材料凝固速度快，且具备发泡性，在注浆过程中通过间歇注浆方法，能够通过浆液堵住漏浆通道，因此注浆量很大，部分破碎区域单孔注浆量甚至达到了10几吨；但是高分子注浆材料价格昂贵，且存在有毒、腐蚀，易自燃等安全隐患。因此，开发快凝、高强、渗透性好的新型无机注浆材料，以解决破碎围岩注浆问题，就显得尤为必要。
晋煤集团技术研究院联合国内知名科研院校，经过3年多的努力，研发出了无机双液注浆材料—联邦加固材料，该新型无机注浆材料为双液注浆材料，分为A料和B料，均为水化材料，在现场施工时一般按照0.8~1.5:1的水灰比加水搅拌制浆，两种浆液在混合前，6h时内不凝固、不泌水、不沉淀，混合后失去流动性时间为3~5min完全固化时间为5~10min，1-8小时的强度能达到8-25MPa以上。在注浆过程中配合正确的注浆工艺和封孔方法，能够很好地解决漏浆问题，注浆压力能够达到设计值，扩散范围可达到3~5m，能够起到较好的加固效果。
3.2 钻孔布置及注浆锚杆
长平公司4313大采高工作面43132巷注浆钻孔布置如图2所示。钻孔排拒3m，每排4个钻孔（南北帮各两个）注浆钻孔深度8m，孔径42mm，上排钻孔距离顶板1.5m，下排钻孔距离底板1.5m。
图2 注浆钻孔布置图
注浆锚杆总长6m，由3段2m长的4分钢管，通过4分直接连接而成。最外部的一根锚杆上设置封孔段，在距离锚杆一端1m处缠绕铁丝，铁丝段长度为0.6m。使用时在铁丝范围内缠绕棉纱（缠绕不同位置可控制封孔段长度，目前使用封孔长度为1m），在端头0.2m处也缠上棉纱，锚杆出露煤壁0.1m。
3.3 注浆压力
注浆压力也是影响注浆效果的关键参数，一般情况下注浆压力6~8MPa，围岩破碎，漏浆严重时可适当减低注浆压力，可调整为4~6MPa。
3.4 注浆量
注浆原则上需一直注至压力上限为止，如果注浆时间过长，注浆量过大，应检查是否存在漏浆通道，尤其要防止浆液漏入瓦斯抽放管路，注浆结束时应稳压至8MPa。
4. 注浆加固效果分析
4.1 注浆量统计情况
在同等条件下，单孔注浆量对围岩加固效果起着决定性作用，在43132巷297m加固范围内，共施工360个孔，累计注干粉料约70t，浆料约130t（水灰比0.8~0.9:1），平均每孔注干粉料约195kg，浆料约360kg，平均每米注浆干粉料约236kg，浆料约437kg，具体情况如表1所示。
从注浆量统计结果来看，滞后工作面20m，超前工作面20m范围内注浆量较大，单孔约0.925t浆料，断层构造区和大型硐室附近注浆量较大，单孔最大近3t。从这个结果来看，新型无机注浆材料较好的解决了破碎围岩漏浆问题，注浆量较普通水泥浆有极大提高，可注性可与高分子材料相媲美，但成本可节约95%以上。
4.2 巷道变形监测与分析
为了评价43132巷新型无机注浆材料加固效果，在实验范围内布置了5个测点，采用十字布线法，在工作面开采过程中监测每个测点的两帮移近量和顶底板移近量。测点编号为1～5#，分别距离切眼-21m（切眼后方21m）、6m、36m、66m、96m。
截止目前为止，长平矿4313工作面已经推进约160m，各测点的两帮移近量观测如图3所示，图示横坐标为测点距工作面的距离，正值代表测点滞后工作面，负值表示工作面超前工作面。图示可以看出，1~4#测点变形已经基本稳定，1#测点已经滞后工作面143.4m，两帮移近量累计为40mm，2#测点已经滞后工作面116.4，两帮移近量累计为130mm，3#测点已经滞后工作面86.4，两帮移近量累计为101mm，4#测点已经滞后工作面56.4，两帮移近量累计为217mm，5#测点已经滞后工作面26.4，两帮移近量累计为77mm。
巷道各观测断面顶底板移近量观测曲线如图4所示，可以看出各个测点顶底板变形已基本稳定，4#测点顶底板移近量最大，达到466mm，主要是由于4#监测断面处底板混凝土路面开裂翘起，导致移近量较大，其余各测点顶底板移近量未超过200mm，巷道变形是以底鼓为主，对巷道使用影响不大。
5. 结论
晋煤集团长平煤矿3#煤层裂隙发育，强度较低，开采强度较大，采动影响程度较大，以往采用64m大煤柱护巷，巷道变形仍然较为严重，难以满足下一个工作面开采需要，4313工作面通过采用新型无机注浆材料，配合合理的注浆工艺和方法，起到了良好的加固效果，取得了良好的技术经济效益。
(1) 减少煤柱29m，直接多回收煤炭资源31.67万t，创造经济价值约1.58亿元，注浆材料成本仅为1180元/m，总投入约141.6万元，而且本次试验也证明煤柱有进一步减少的可能，产生的经济价值将更大。
(2) 新型联邦加固Ⅱ号较为适合破碎围岩注浆加固，尤其是表面没有喷浆巷道注浆，能够很好地解决封孔、漏浆问题。
(3) 巷道变形得到较好的控制，巷道两帮及顶底板无明显移近，局部有底鼓现象。最大变形量出现在4#测点，22天巷道两帮累计移近212mm，顶底板累计移近466mm（主要由底鼓造成）。
参考文献：
[1]钱鸣高，《矿山压力与岩层控制》中国矿业大学出版社，2003.
[2]赵 斌，《注浆堵水加固技术及应用》 煤炭工业出版社，1998.
[3]柴登榜，《矿井地质工作手册》煤炭工业出版社，1984.
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