安徽省淮南市淮河能源潘集第三煤矿
摘要：煤炭开采作业中有可能因为工作面的某些部位存在过断层问题而导致岩体结构不稳定并引发冒顶片帮等安全生产事故。本文以淮南矿业集团潘三煤矿1672（1）工作面为例分析如何采用预注浆加固技术来处理此类工程难题。
关键词：预注浆加固技术；过断层；应用
引言：
煤炭开采作业面上一旦出现断层问题就会导致其周围的前提呈现出破碎和不稳定的特点。开采过程中的机械设备产生的振动或者其他作用力有可能导致原本片破碎的断层岩体系统失去平衡，进而引发事故。通过在相应位置进行预注浆加固可以有效地提高断层出的岩体稳定性和强度。
一、项目概况
淮南矿业集团潘三煤矿1672（1）工作面位于西三C组煤中部采区，东起西三C组煤中部采区上山，西至潘三-丁集矿井井田边界，北至1662(1)运顺，南至1672(1)运顺瓦斯治理巷。1672（1）工作面地面标高：+19.9～+25.2，工作面标高：-774～-845，工作面可采走向长1300m，倾斜长205m。1672(1)工作面11-2煤厚0～2.5m，均厚约1.9m。该煤矿在项目实施阶段采用无线电波透视的探测技术对工作面的构造进行探测和分析，最终的结果是工作面上存在5个构造异常区域，其中影响比较大的构造有一个，影响比较大的构造单元有7个，影响比较小的构造单元有8个，5个构造影响区域的主要问题是存在断层，对回采作业的影响非常大。
二、技术应用
（一）加固方案
第一，为了保证本次注浆加固的施工质量满足要求需要在操作过程中遵循钻孔长度短、操作便捷以及加固范围广的原则。由于5个构造异常区域具有一定的距离，而且周边的地质情况也存在一定的差异，因而需要据此来制定出不同的注浆加固方案，本文以3#异常区域的加固为例来说明预注浆加固技术在实践中的应用方法。3#异常区顶板采取以下治理方案，首先在运输顺槽工作面侧帮进行帷幕注浆形成止浆墙，然后在运顺采取分步递进方式施工40m深钻孔、60m深钻孔、80m深钻孔、100m深钻孔及120m深钻孔进行顶板超前预注浆加固。
（二）施工机具
本项目在巷帮帷幕注浆加固选择风动注浆泵或电动注浆泵，风动注浆泵的型号可确定为2ZBQ-30/3，其作业压力的范围时5~8MPa；电动型注浆泵主要应用在运输顺槽内施工的浅孔、中深孔及深孔部位，可以选用的设备型号是ZBY1.5/32-22，其注浆作业的压力范围是15~20MPa。本项目采用钻机来实现注浆钻孔的成孔操作，孔径控制在Φ94 mm，每一台注浆泵至少配置两个搅拌桶。
（一）注浆材料
本次注浆施工中采用的注浆材料是浆液流动性强、水灰比低以及脆性比较低的新型无机复合注浆材料。传统的水泥注浆材料在岩体缝隙中的扩散速度和扩散范围比较有限且如果没有控制好水灰比还有可能导致岩层弱化[1]。这种新型注浆材料在2~3mm的裂隙条件下可以将扩散半径延伸至10米以上，而且其水灰比可以控制在0.3到0.4的范围内。断层破碎带的范围比较大时往往需要比较长的时间才能完成注浆，如果材料的初凝时间比较短就会造成前期注入的浆液发生凝固并堵塞注浆孔，而这种新型材料的初凝时间可达到5.5个小时，完全可以满足长时间注浆操作的要求。另外，稳定性高、固结体强度高、无毒、无污染以及配置方便等也都是这种新型注浆材料的优势。
（二）钻孔设计
3#异常区在运输顺槽布置6个钻孔，开孔位置均位于顶板下1.5m，钻孔平距15m，加固对象为Fc40断层影响区；钻孔终孔位于断层线外侧3m；具体设计见图3-7，钻孔参数见表1。
.png)
表1 1672（1）运顺3#异常区注浆钻孔布置参数
（四）施工工艺
第一，钻孔。1）安装钻机。钻机施工人员需要根据施工钻孔的起始位置稳定好钻机并连接、吊挂好风水管路及油管，通过在钻机四角打牢压车柱以及设置防倒固定装置来提高其牢固性，在其安装就位之后还需要通过试运转来检验安装质量[2]。2）开孔。工程技术人员通过方位尺、坡度尺、皮尺来确保钻孔施工的各项参数与设计的施工参数保持一致，开孔作业一定要按照现场标注好的孔位进行施工且如果需要避让锚杆或者锚索时要在原始记录本上将相关数据记录清楚。3）钻孔。钻孔施工使用Φ94 mm钻头，全程压风排渣。
第二，封孔。1）准备工作。封孔前必须按照要求准备齐封孔材料、囊袋（配备膨胀水泥）、1吋钢管、1吋PVC管、1吋花管（开孔直径Φ10-15mm）、4分钢管、生胶带、纱网、铁丝、牙钳等。2）向孔内送入1吋注浆管，其中里端10m为花管，最外段为实钢管。最里端一根注浆花管采用纱网包裹并用铁丝包紧。囊袋上端采用铁丝扎牢且下端采用透明胶布固定，堵头使用透明胶布缠绕后固定在套管上，囊袋外套一层编织袋以保护孔底袋，编织袋上端用铁丝扎紧固定在套管上，防止下管过程中囊袋被碰坏。3）孔口囊袋及排气管固定在实钢管上（囊袋两端采用透明胶布及铁丝缠绕固定），孔口预留0.3m左右，以避开破碎带。4）注浆封孔：采用注浆泵压注水泥浆（特效水泥）方式进行注浆且两袋注浆料和水一起使用配成一桶浆料，浆料液面位于搅拌桶斜口下檐，待返浆管返浆后，将返浆管扎牢，继续注浆直至达到1.5~2Mpa停止注浆。若注浆过程中发现发现孔口袋破损出浆（用矿灯照射观察）或瓦斯管内出浆等异常情况时应立即停泵，扎紧注浆管，改作返浆管注0.5~0.8MPa。排气管出气口增设阀门且孔内注浆排气后及时关闭[3]。
.png)
图1 封孔管布置示意图
（五）安全措施
第一，所有施工人员进入施工现场之前都应该接受过系统的三级安全教育且配备完善的安全防护装备，施工单位的技术人员要在班组开展施工之前对其进行安全技术交底。第二，为了防止钢管外端和泵送管外端连接部位发生意外脱落并造成潜在的安全生产隐患，应该使用铁丝将其固定在巷帮临近位置的锚杆头上。第三，注浆施工区域外需要通过拉设警戒线、设置警示牌以及专人值守的方式来防止闲杂人员进入。第三，注浆操作是将浆液以一定的压力输送近注浆孔并使其不断向缝隙内渗透的施工过程，因而作业过程中可能会有部分浆液从输送位置飞溅出来并对施工人员造成一定的伤害，因而作业人员应该与注浆地点保持一定的安全距离。第四，注浆过程中一旦发现供电设备、注浆泵、注浆管线以及压力表等出现任何异常情况就应该及时切断电源、停止作业，直到将故障排除[4]。
三、结束语
煤炭开采工作面上存在的断层周围有大量呈破碎状的不稳定岩体系统，这些岩体在外界扰动作用下有可能会出现冒顶片帮等常见的安全生产事故。在工程实践中一般对存在断层的部位采取预注浆加固技术来规避以上安全隐患。
参考文献:
[1]李竟超.地面注浆加固技术在巷道过断层中的应用[J].建井技术,2018(2).
{2]伊丽娟,赵洪.外围预注浆与超前锚喷及架棚联合支护技术在过断层煤巷的应用[J].煤矿支护,2018(3):29-31.
[3]赵春波.大采高工作面过断层深孔注浆加固技术研究[J].山东煤炭科技, 2019(11).
[4]何立成.综采放顶煤工作面过断层超前注浆加固技术[J].煤矿现代化, 2020(1):30-32.