综采面过陷落柱加固技术研究

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　　摘要：3413回采工作面开采期间受到陷落柱影响，导致顶板出现冒落以及煤壁片帮，影响回采工作面的安全生产。针对回采面面临的问题，采用注胶加固技术对陷落柱影响范围内的破碎岩体进行加固，提升岩体的强度、整体性以及承载能力，为回采工作面快速安全推进过程陷落柱创造了良好条件，并取得显著经济效益。
　　关键词：回采工作面;陷落柱;注胶加固
　　陷落柱是在岩溶作用下形成，是煤炭开采中常见的一种地质构造[1-2]。陷落柱时常给矿井的安全生产带来不利影响。由于陷落柱的作用，造成开采范围内工作面顶板破碎，煤壁片帮情况加剧，特别是当陷落柱具有导水性时，轻则制约回采工作的正常推进，严重时会导致回采面报废甚至出现淹没回采面或者淹井事故，给矿井的正常生产造成十分不利的影响[2-5]。文中以山西某矿3413回采工作面为工程背景，对该回采工作面遇到的陷落柱采用注胶加固方案，确保了回采工作面安全推进。
　　1 概况
　　3413工作面为该矿位于西翼的3采区第13个回采工作面，该工作面的平均埋藏深度在460m，开采3号煤层，煤层平均开采厚度在2.49m，走向呈现南北向，倾向呈现东西向，煤层的倾角在2～11°，平均6°，煤层结构较为简单，局部含有1层夹矸。3号煤层的直接顶为砂质泥岩，质地较为均匀，性脆，厚度在9.34m，基本顶为中砂岩，坚硬，呈现灰黑色，厚度在1.78m;直接底为砂质泥岩，黑灰色，厚度在3.7m。回采工作面设计的走向长度在190m，倾斜长度为1543m，采用综合机械化开采工艺，全部垮落法对顶板进行管理。
　　回采工作面在推进到540m位置时，物探探测出前方存在地质构造，具体为直径在6m，陷落柱的边缘岩体赋存状态受到较大的破坏，较为紊乱，陷落柱内被岩石以及黄泥充填，内部的陷落角在80°。在受到陷落柱的影响范围内的煤层变薄，顶板较为破碎，同时由于此处煤层倾角较大，给煤层顶板管理带来较大影响。当回采工作面正常推进到陷落柱时，回采面的53～72号支架间顶板为破碎的风化岩层，煤壁片帮以及顶板漏矸现象较为严重，支架移架困难，给回采面的正常生产带来严重影响。为了保证回采工作的正常推进，需要采用必要的技术措施，强化陷落柱本身及影响范围内的破碎岩层稳定性及强度。
　　2 陷落柱注胶加固方案
　　2.1 加固区域
　　根据物探探测出的陷落柱情况以及钻探结果，确定在3413工作面陷落柱及影响范围之内进行加固，具体区域为53～72号支架顶板，以及53～72号支架间的煤壁。
　　2.2 注胶加固材料
　　根据临近矿井治理陷落柱选用注胶材料治理效果以及相关厂家提供的技术资料，在矿井进行陷落柱加固时选用的注胶材料为马丽散。马丽散为一种粘度较低的膠脂材料，具有较好的渗透性及流动性，固结之后能形成强度较高的网状结构。
　　2.3 注胶钻孔设置
　　在回采面液压支架每隔2个支架，在顶板上布置一个充填钻孔，钻孔面向煤壁方向施工，注胶钻孔的长度不得小于3m。在53～72号支架进行注胶钻孔依次施工，注胶钻孔的开孔位置距离伸缩梁500mm，钻孔与顶板间的夹角值在15～25°间，钻孔的深度在6m左右，在煤壁片帮较为严重区域，每一个液压支架下部布置一个注胶钻孔，在片帮较轻区域每两隔2个液压支架布置一个注胶钻孔。
　　2.4 施工工艺
　　对陷落柱进行注胶所用到的设备以及材料具体如表1所示。
　　具体施工步骤为：
　　2.4.1 注胶钻孔施工
　　根据设计的施工钻孔参数对钻孔进行施工，当对钻孔进行钻进过程中，若出现钻孔塌孔较为严重时可以采用边注胶边钻进的方式进行。
　　2.4.2 注胶管路装设
　　将首根花管的端头进行封堵，最后的一根花管采用铁丝缠绕牢固后进行封孔，花管留设出露长度在0.5m，并将注胶管与注胶花管连接牢靠。
　　2.4.3 连接压风以及注胶管路
　　待所有的管路连接完毕之后，开始进行预注胶，检验连接的管理的密封性以及设备的可靠性。
　　2.4.4 注胶
　　注胶过程中应重点对注胶区域内围岩进行观察，是否出现漏浆或者串浆情况，当发生上述情况时，及时进行处理。
　　2.4.5 注胶停止
　　通过注胶量、注胶压力以及注胶过程中的返浆量对是否停止注胶进行判定，当判定需要停止注胶之后，立刻停止注胶并快速的封堵注胶钻孔。一个钻孔注胶完成之后应及时对注胶泵以及注胶的配件进行清洗，以便开始另外一个钻孔的注胶工作。
　　2.4.6 注胶结束
　　所有的注胶钻孔注胶完毕之后，逐一对注胶设备进行清洗，并根据相关作业规范或者技术要求对注胶钻孔的注胶情况进行质量验收。
　　2.5 注胶量计算
　　陷落柱的注胶量与注胶钻孔所处的岩体岩性，密度以及渗透性有较大关系，主要的决定参数有注胶压力、注胶时间、岩层的裂隙发育程度以及渗透性等参数，具体的注胶量计算可以采用下述公式进行计算[6]：
　　Q=a×V×n
　　其中：Q表示陷落柱需要的注胶量（m3）;a表示注胶损伤系数（一般取1.1）;V表示注胶需要充填的体积量（m3）;n表示注胶区域内岩体的孔隙率，一般取值为0.12。
　　根据物探以及钻探数据，可以初步的判定陷落柱的底部面积在120m2，设计的注胶钻孔充填高度为2.49m，将相关参数带入到上述公式之后，可以计算出需要的总的注胶量为39.5m3。
　　3 注胶效果分析
　　在未对陷落柱进行注胶之前，回采工作面推进到陷落柱影响范围之内时，回采面的顶板较为破碎，在53～72号液压支柱间出现漏顶情况，煤壁片帮也较为严重，移动液压支架也较为困难，并有部分支架上部矸石由于漏矸，大量的覆盖到刮板输送机之上。同时由于支架顶板不能较好的接触煤层顶板，导致漏矸或者煤壁片帮情况不能得到较好的遏制。采用注胶加固之后，陷落柱本身以及陷落柱影响范围内的破碎岩层得到较好的加固，强度、稳定性以及承载能力都得到较大幅度的提升，从而使得顶板漏矸或煤壁片帮情况得到较大的缓解。加之在回采面支架移动过程中采用带压摩擦移架，减少顶板的控顶距离以及加快回采面推进速度等措施，3413工作面得以安全快速的推进过陷落柱影响区。
　　4 结束语
　　3413工作面采用注胶加固技术对陷落柱进行处理，取得了良好的应用效果，应用实践也表明，采用注胶加固可以有效的对陷落柱影响范围内的破碎岩体进行加固，增强岩体的强度，提升整体的承载能力，能对工作面推进过程中的漏顶以及煤壁片帮有较好的控制作用。同时也为该矿工作面过陷落柱积累了宝贵的实践经验。
　　参考文献：
　　[1]范雨涛.赋存陷落柱、褶曲的煤矿回采巷道围岩支护方法及应用[J].煤炭与化工，2018，41（11）：13-15+18.
　　[2]司浩浩.综采工作面安全快速高效过陷落柱技术实践[J].山东煤炭科技，2018（10）：13-14.
　　[3]郝文琦.综采工作面过陷落柱安全回采技术措施研究[J].山东煤炭科技，2018（07）：7-8+11.
　　[4]陈引锋，马长玲，魏奥林.注胶加固法在治理煤矿岩溶陷落柱的应用[J].西部探矿工程，2018，30（04）：142-144+147.
　　[5]李小瑜.综放工作面过陷落柱开采技术实践[J].煤，2018， 27（02）：26-28.
　　[6]刘兴和.综放工作面过陷落柱注胶加固技术研究[J].能源与节能，2017（01）：121-123.
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