注浆加固技术在综采工作面破碎顶板控制中的应用

收稿日期：２０１９?１２?１１基金项目：内蒙古自然科学基金项目资助（２０１８ＬＨ０５００９）作者简介：朱少杰（１９８５－），男，河北隆尧人，硕士，工程师，从事生产技术及管理工作。

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０２０．０４．００８注浆加固技术在破碎顶板治理中的应用朱少杰（山西煤炭运销集团盛泰煤业有限公司，山西高平　０４８４００）摘　要：针对盛泰煤业１５２０１综采工作面顶板破碎的问题，提出了提前预注浆加固顶板的控制技术，对钻孔过程中易发生卡钻的现象，采用了分段成孔工艺，保证了注浆顺利进行。

现场应用结果表明，注浆后顶板最大下沉量降低了４７．６％，超前支撑压力降低了１８．６％，顶板稳定性及承载能力明显提高，注浆效果显著，为矿井安全生产创造了良好的条件。

关键词：注浆加固；破碎顶板；钻孔；围岩稳定性中图分类号：ＴＤ３２７．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５?２７９８（２０２０）０４?００２１?０２ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＧｒｏｕｔｉｎｇＲｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＢｒｏｋｅｎＲｏｏｆＴｒｅａｔｍｅｎｔＺＨＵＳｈａｏ?ｊｉｅ（ＳｈａｎｘｉＣｏａｌＭａｒｋｅｔｉｎｇＧｒｏｕｐ，ＳｈｅｎｇｔａｉＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇａｏｐｉｎｇ　０４８４００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｒｏｏｆｂｒｏｋｅｎｉｎ１５２０１ｆｕｌｌｙｍｅｃｈａｎｉｚｅｄｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｆａｃｅｏｆＳｈｅｎｇｔａｉＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｒｏｏｆｂｙｐｒｅ－ｇｒｏｕｔｉｎｇｉｎａｄｖａｎｃｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｉｅｌｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｏｆｒｏｏｆｉｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙ４７．６％，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｌｅａｄｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔｉｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙ１８．６％，ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｒｏｏｆａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙ，ｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｓｒｅｍａｒｋａｂｌｅ，ａｎｄｇｏｏｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｃｒｅａｔｅｄｆｏｒｍｉｎｅｓａｆｅｔｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｔｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｂｒｏｋｅｎｒｏｏｆ；ｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ 在工作面回采过程中常常会遇到断层、陷落柱等特殊的地质构造，受这些特殊地质构造的影响，其周围煤岩体特性发生了改变，煤岩体强度下降，加之采动或外力的影响使煤岩体发生了破碎［１－２］。

注浆加固技术在综采工作面破碎顶板中应用实践岳俊光【摘要】受构造应力影响,综采工作面在回采期间顶板出现破碎现象,若不采取合理有效的维护措施,不仅降低回采效率,无法保证支架初撑力,而且很容易发生工作面顶板冒顶事故.马兰矿对12509工作面破碎顶板采取注浆加固技术,实际应用效果表明,采用该技术后提高了工作面破碎顶板稳定性,保证了工作面安全高效回采,取得了显著成效.【期刊名称】《山东煤炭科技》【年(卷),期】2018(000)010【总页数】2页(P22-23)【关键词】综采;破碎;顶板;注浆【作者】岳俊光【作者单位】西山煤电股份有限公司马兰矿,山西古交 030205【正文语种】中文【中图分类】TD327.2+21 工程案例西山煤电股份有限公司马兰矿12509工作面为南五采区，工作面设计走向长度为1550 m，倾向长度为220 m，回采煤层为2#煤层，平均厚度为3.0 m。

2#煤层无伪顶，直接顶主要以泥岩为主，平均厚度为2.3 m，该岩石层呈深灰色，水平层理发育，岩石抗压强度较低，在外力的作用下易破碎；基本顶主要以S5砂岩为主，平均厚度为5.67 m，岩石硬度大。

截至目前12509工作面已回采490 m。

根据马兰矿地测科提供工作面水文地质资料显示，工作面在回采至235 m、520m处分别揭露两条正断层F4、F5，其中F4断层落差为1.2 m，倾角为50°，F5断层落差为1.5 m，倾角为55°。

12509工作面采用带压擦顶强行破岩的方法过F4断层，受构造应力影响，工作面在过断层期间顶板局部地段形成破碎区域，影响工作面回采长度为22 m，在顶板破碎区域回采时出现移架困难、支架初撑力不足、工作面回采效率低等难题，甚至出现局部冒顶现象，威胁工作面安全回采。

通过分析研究，预计工作面在过F5断层时顶板更加破碎，影响工作面走向长度达35 m。

对此，为提高破碎顶板稳定性，保证工作面安全快速过断层，决定对F5断层带附近顶板破碎区域采用注浆加固技术进行维护。

固安特注浆加固技术在综采工作面顶板管理中的应用摘要：本文旨在研究固安特注浆加固技术在综采工作面顶板管理中的应用。

具体而言，本文简要介绍了固安特注浆加固技术以及它在综采工作面顶板管理中的使用和优点；本文分析了固安特注浆加固技术在综采工作面顶板管理中所存在的挑战；最后，本文提出了优化固安特注浆加固技术在综采工作面顶板管理中的应用的措施。

关键词：固安特注浆加固技术，综采工作面顶板管理，挑战，措施正文：随着越来越多的技术的开发出现，使得综采工作面顶板管理能够变得更加安全有效。

其中，固安特注浆加固技术尤为重要。

固安特注浆加固技术是一种有效的技术用于综采工作面顶板管理，它使用于面板水平支护中，能够大大增加工作面的稳定性和安全性。

它可以有效地改善支护工作的效率，并减少因支护不良而造成的安全隐患。

此外，固安特注浆加固技术也能够有效地保护综采工作面顶板，有效地阻止顶板出现开裂和泥浆积聚等问题，同时，它能有效减少冒顶、突水和陷落等情况在综采工作面中出现。

然而，使用固安特注浆加固技术也存在一定的挑战，例如，加固后的支护面板有可能无法牢固地支撑住工作面，从而导致支撑力度不足，进而影响工程质量和安全性。

为了克服这些挑战，需要采取一些措施，例如加大对技术的开发研究，在实践中进行改进，以保证技术应用的稳定性和安全性；强化技术操作和管理，避免出现故障；合理安排施工任务，有效节省施工成本；建立相应的安全检查机制，监督固安特注浆加固技术的应用情况，以及其它有助于提高综采工作面顶板管理的举措。

本文介绍了固安特注浆加固技术在综采工作面顶板管理中的应用，并分析了该技术所存在的挑战及优化应用的措施。

鉴于固安特注浆加固技术的日趋普及，期望本文能够对固安特注浆加固技术在综采工作面顶板管理中的应用有一定的借鉴意义。

综采工作面的安全性和稳定性在日常采矿工作中至关重要。

固安特注浆加固技术的使用可以显著地提高综采工作面的安全性和稳定性，尤其是在应对煤层变形、支护问题等复杂情况时，采用这一技术能够有效地提升顶板的稳定性，减少因支护不良而造成的安全隐患。

4238综采面过断层注浆加固技术应用摘要：花山煤矿4238综采工作面受到断层影响，煤岩体破碎、煤壁片帮，给回采的顺利进行造成严重影响。

针对严重断层破碎带顶板，采取掘送注浆通道及超前注浆加固的方式，并使用天固加固材料浆液。

结果表明，回采前方破碎煤岩体强度和抗变形能力得到了有效提高，避免了煤壁片帮，控制了顶板冒落，保证了施工安全和综采面顺利通过断层，现场应用取得了很好效果。

对于类似条件下，这种加固方法的使用，具有一定参考意义。

关键词：综采工作面；断层；注浆通道；超前注浆加固我国煤矿地质条件不尽相同，但地质构造几乎在所有矿井都有赋存。

随着近年来开采速度的剧增，恶化的地质条件日益显现、破碎煤体增多，造成矿井开采工作面支护与围岩稳定性控制难度加大，煤岩体大范围破碎，回采时片帮和冒顶严重。

目前控制顶板冒落的主要方法有提高支架初撑力、减少空顶区域、超前支护等等，这些方法对预防工作面冒落起到一定的作用，但遇到断层破碎范围影响较大时，则效果不是太明显。

地质构造作用使得围岩更加破碎，一般的处理方式难以达控制围岩稳定的要求。

本文针对回采工作面过断层的工程实际，采用掘送注浆通道和天固加固材料浆液超前预注浆加固技术，有效的解决了类似地质条件下的综采工作面安全通过断层的问题。

1 注浆加固机理注浆加固材料种类多，常用的有漏必堵、马丽散等。

其作用机理基本相同，即催化剂和树脂材料按照一定的比例混合，通过高压泵的压力，沿着注浆孔在煤岩体破碎区域的裂隙中扩散反应，并形成能够胶结破碎煤岩体的生成物，通过生成物间的相互作用使得松散煤岩体形成一个完整的支撑体，从而加固煤壁和控制顶板冒落。

2 注浆加固材料注浆材料主要是能强有力的粘结破碎煤岩体，加固围岩，有效提高围岩强度。

天固加固材料是一种新型的聚脲酸脂材料，其原材料按1：1比例混合注入破碎煤岩体，随后迅速反应并凝固，生成高分子材料。

此高分子材料具有高韧性和高强度性能，可以起到封堵和加固破碎煤岩体的效果。

第!期"山西焦煤科技"#$%!&’(!年!月"")*+,-./$0.,1/$+2)3.4,345643*,$2$17""891%&’(!"!技术经验!""收稿日期"&’(!:’;:A’作者简介"裴锦龙!(<!<"#$男$山西朔州人$&’(A 年毕业于太原理工大学$助理工程师$主要从事煤矿安全监察工作!>?@+.2#&!H==&=(BCbb%3$@注浆加固技术在综采工作面片帮治理中的应用裴锦龙"大同市煤矿安全监管大队!山西"大同"’AH’’’$""摘"要"三道沟煤矿!;&’(大采高工作面煤壁片帮严重!制约安全生产&结合工作面实际条件!对煤壁片帮机理进行了分析!得出煤壁破坏的主要形式!对工作面煤壁破碎顶板区域和煤壁靠上区域两部分预注浆对煤壁进行加固&现场观测可知!注浆后工作面片帮频次和日片帮深度均值较之前大幅降低!大采高工作面采用预注浆技术可以有效防治工作面片帮&关键词"大采高综采工作面#煤壁片帮#注浆加固技术中图分类号"6G &=;S B"文献标识码"J "文章编号"(=H&:’=;&#&’(!$’!:’’(B :’A ""随着煤矿开采设备的不断发展$矿井规模的不断扩大$在各大矿区涌现处理一批大采高工作面$而且采高不断增大$在神东矿区补连塔煤矿已经建立了!@大采高工作面%(:&&%然而在实际开采过程中$工作面片帮严重$严重威胁着矿井的安全生产’本文以三道沟煤矿!;&’(大采高工作面为背景$对工作面煤壁片帮机理及预注浆加固煤壁技术进行了研究’!"工程概况三道沟煤矿位于陕西省府谷县境内$年产量(’’’万L $矿井主采煤层为;:&D 煤层$煤层厚度;S B!K ;S <;@$平均;S ;@$埋深<<K (H;@$平均埋深为(AH @%!;&’(工作面为;:&D 一盘区首采工作面$采高;S ;@$倾角(MKAM %工作面长度&<;@$推进长度为A (=’@$工作面选用j e (;’’’U ;U =;的液压支架’煤层直接顶为粉砂质泥岩$平均厚度为AS;@$基本顶为砂岩$平均厚度为&(S;@$直接底为砂岩$平均厚度!S’@%通过实验室测定$煤层抗拉强度为&S =&E F +$抗压强度为(<S ;;E F +$普氏系数为(S <=$泊松比为’S &B%在实际回采过程中$煤壁严重片帮$由于煤壁片帮导致工作面梁端距增大$极易造成工作面冒顶事故’#"煤壁片帮机理随着工作面的不断开采$工作面顶板的悬顶长度增大$工作面前方煤体内的应力平衡被打破$在煤体内部产生了较大的集中应力$当集中应力大于煤体抗压强度时$就会发生片帮%A :;&%对于坚硬煤体的工作面$由于煤体本身坚硬$塑性变形能力有限$在顶板压力及煤体自重的作用力9下在水平方向产生了一定的拉应力$而煤体自身变形有限$难以抵消拉应力的释放’当横向拉应力大于煤体抗拉强度时$煤壁发生拉裂破坏$造成煤壁失稳$见图(+#%此时满足式!(#)1!18!(#式中)1"横向拉应力$E F +*18"抗拉强度$E F +%另外$当煤壁横向拉应力大于煤体抗拉强度时$煤壁会发生鼓出式破坏$见图(T #%对于松软煤体来讲$煤体在顶板及自重作用力9下在水平方向产生横向拉应力$由于煤体软弱$能够承受一定的变形$导致横向拉应力能够通过煤体变形得到一定程度释放$最终由于煤体内剪应力大于抗剪强度而发生剪切破坏$见图(3#%由摩尔强度理论可图("煤壁破坏示意图知$煤壁高应力作用下$首先发生剪切破坏$此时满足式!&#)$@+-%$"’!&#式中)$"剪切应力$E F+*$@+-"最大剪切应力$E F+%根据!;&’(工作面现场观测及煤体自身力学参数测定$该工作面煤体属于松软煤体$因此可以推断该工作面煤体破坏主要为剪切破坏$煤壁上部为易片帮区域’理论分析与现场观测吻合’$"注浆加固方案通过对!;&’(工作面煤岩体进行物理力学测定得$该煤体普斯系数为’S!K(S&$顶板属于松软破碎顶板’根据工作面采场力学可知$工作面应力平衡由支架(煤壁(顶板共同组成$当顶板或煤壁发生破坏整个工作面应力平衡打破$煤壁稳定性变差极易发生滑落’传统的锚杆加固煤壁措施抗剪能力差$成本高$为有效控制工作面煤壁片帮$决定采用煤壁预注浆加固的方法来控制煤壁稳定’$&!"注浆技术方案为了保证煤壁的稳定性$根据煤壁片帮原理将注浆方案分为破碎顶板区域和煤壁靠上!距离顶板& @#区域来进行不同程度的注浆’破碎顶板区域主要采用单排挑顶的注浆方式保证工作面顶板的稳定性*煤壁靠上区域!距离顶板&@#主要采用均压注浆方式保证破碎煤体间的黏结性’具体布孔方式见图&%破碎顶板区域由煤壁向顶部打孔$倾角(’M$孔间距A@$孔深B@%煤壁靠上区域垂直于煤壁打孔$孔距顶板(S;@$孔间距A@$根据工作面日推进度= @$并结合注浆凝固时间综合考虑$决定孔深为=@% $&#"注浆材料选择注浆主要材料选用F%Y B&S;硅酸盐水泥$水灰比!’S!K’S<#k($初次凝结时间控制在(;@.,以内$图&"注浆孔的布置图采用该材料的主要原因为成本低$环保$凝固时间长$可以有效对破碎煤体起到凝结作用’$&$"注浆压力注浆压力为煤体注浆过程中重要的技术参数$注浆压力过大$会导致本已破损的煤体破坏更加严重$注浆压力过小又会出现浆液扩散范围减小$凝结效果差起不到加固煤壁的作用’因此$煤壁注浆压力可通过式!A#计算)9;"9’$!A<;#+’S(!A#式中)9;"煤体注浆压力$E F+*9’"煤体内注浆点的静水压力$E F+$取&S;%根据公式工作面注浆压力选取&S!K A E F+% %"现场应用效果分析根据工作面现场观测$对治理煤壁片帮前后$片帮频次和深度进行了对比$见图A和图B%由图A可以看出$通过=’天的观测可知$治理后工作面煤壁片帮频次明显降低$治理前工作面片帮频次最高为A’次$平均每;天发生&=次$治理后片帮频次最高&’次$平均每;天发生(H次’由图B可以看出$治理后工作面煤壁日片帮深度明显改善$治理前最大日片帮深度(A’&@@$治理后降低为H’’@@%由此可以看出$经过治理$工作面煤壁片帮得到了明显改善$为安全生产提供了保障’+;(+&’(!年第!期裴锦龙’注浆加固技术在综采工作面片帮治理中的应用图A"片帮频次统计图’"结"论(#通过对煤壁片帮机理进行分析可知$对于坚硬及松软煤体片帮破坏发生的形式不同$片帮发生的位置靠工作面中上部’&#根据煤壁片帮机理$针对工作面煤壁破碎顶"图B"片帮深度统计图板区域和煤壁靠上区域两部分预注浆对煤壁进行加固’A #根据现场观测可知$注浆后工作面片帮频次和日片帮深度均值较注浆前大幅降低$大采高工作面采用预注浆技术可以有效防治工作面片帮’参"考"文"献%(&"王家臣%极软厚煤层煤壁片帮与防治机理%X &%煤炭学报$&’’H $A&!!#)H!;:H!!%%&&"尹希文$闰少宏$安"宇%大采高综采而煤壁片帮特征分析与应用%X &%采矿与安全工程学报$&’’!$&;!&#)&&&:&&;%%A &"闫少宏$尹希文%大采高综放开采几个理论问题的研究%X &%煤炭学报$&’’!$AA !;#)B!(:B!B%%B &"王传兵$李家卓$李"群$等%深部大采高超长工作面煤壁片帮机理及控制技术%X &%煤矿开采$&’’!$&&!&#);=:=’%%;&"杨胜利$孔德中%大采高煤壁片帮防治柔性加固机理与应用%X &%煤炭学报$&’(;$B’!=#)(A=(:(A=H%())*+,&"+-’-.A 0-#"+’476+’.-0,686’";6,3’-*-4%+’>&’&4686’"-.1#**%>6,3&’+J 6=-&*>+’+’41&,67+91&**-.=-&*?&**5:K B+’*-’4""(92"0&,""6*4O $+^\+7\+22[+22.,1.,!;&’(2+O 14@.,.,1*4.1*L \$O 0.,1[+34$[)+,^+$1$9/$+2E .,4.N N 4O .?$9N $\*.3*O 4N L O +.,N N +[4L 7ZO $^93L .$,%J +N 4^$,L *4+3L 9+23$,^.L .$,N $[L *4\$O 0.,1[+34$L *4@43*+,.N @$[L *4O $+^?\+73$+2?\+22[+22.,1.N +,+27l 4^$+,^L *4@+.,[$O @$[\+22^+@+14.N $TL +.,4^%6*43$+2?\+22.N O 4.,[$O 34^T7L \$Z+O L N ZO 4?1O $9L .,1.,L *43$+2?\+22TO $04,O $$[+O 4++,^L *49ZZ4O Z+O L $[L *43$+2\+22%6*4$,?N .L 4$TN 4O ‘+L .$,N *$\N L *+L L *4$339O O 4,34[O 4b94,37$[L *43$+2?\+22[+22.,1+,^L *4^4ZL *$[L *4^+.27[+22.,1.N 1O 4+L 27O 4^934^3$@Z+O 4^\.L *ZO 4‘.$9N %6*4ZO 4?1O $9L .,1L 43*,$2$17.,2+O 14@.,.,1*4.1*L \$O 0.,1[+343+,4[[43L .‘427ZO 4‘4,L L *43$+2?\+223$22+ZN 4%E 6%F -0$2"Q +O 14@.,.,1*4.1*L [9227@43*+,.l 4^@.,.,1[+34*/$+2\+223$22+ZN 4*V O $9L .,1O 4.,[$O 34@4,L L 43*?,$2$17+=(+山西焦煤科技&’(!年第!期。

注浆加固技术在综采工作面过断层时的应用摘要：断层是煤炭回采时常遇地质构造，采面过断层时易发生顶板冒落、煤壁片帮等事故，从而给煤炭回采安全带来一定威胁。

在采面过断层期间采取适当措施对破碎、不稳定煤岩体进行改造，可为煤炭回采安全创造良好条件。

基于此，本文章对注浆加固技术在综采工作面过断层时的应用进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：注浆加固技术；综采工作面过断层；应用引言断层是煤矿井下常见的一种地质构造，断层构造区煤岩体原始构造应力明显，区域内煤岩体裂隙高度发育，岩层完整程度差、强度低。

在断层构造影响区域，工作面煤层顶板不连续，围岩稳定性差，煤岩体强度明显降低，且断层本身大多具备导水性。

因此工作面回采和巷道掘进在遇到断层构造时，受断层影响，极易出现煤层片帮、冒顶等安全事故，工作面内也会出现液压支架支撑不稳、倒架压架等现象，极大的限制巷道掘进及工作面的生产效率和安全性，也是制约矿井采掘布局的关键因素之一。

1注浆加固技术的概述注浆加固是通过高压注浆设备将水泥化学浆注入需要加固的地基地层中，地层土壤会与水泥化学浆产生物理化学反应而出现胶结，从而使土层强度提升，达到改善土体结构与性能的目的。

注浆加固技术在我国的研究虽然起步较晚，但是已广泛应用于工程领域中，获得了比较明显的社会效益和经济效益。

但是由于当前注浆工程具备一定隐蔽性特点，加上介质条件比较复杂，使用模拟的方式对其进行研究存在一定难度，因此注浆加固技术理论方面的发展较缓慢。

2我国常见的注浆技术方法2.1渗透注浆法在具体操作过程中需要从基层深处开始操作，最好通过逆行深的方式完成注浆。

渗透注浆的方式较为简单，采取压力助推的方式让浆液在整个地基中渗透，尽管可以让砂砾层裂缝快速吸浆，使浆液迅速地扩散到整个地基层中，但往往会因为压力的变化引发其他安全事故。

2.2劈裂注浆法劈裂注浆法认为在注浆压力作用下，浆液可以克服地层的切应力和抗拉强度，使其沿垂直于小主应力的平面发生劈裂，浆液便沿此劈裂面渗入和挤密地层体，并在其中产生化学加固作用，浆脉形成骨架。