顾北煤矿南二采区 1512（ 3）工作面顶板风氧化带地面预注浆加固工程实践

孙守民

淮南矿业集团顾北煤矿，安徽 淮南 232150

摘要：介绍顾北煤矿南二采区1512（3）工作面顶板风氧化带地面预注浆加固煤层顶板，改善工作面上覆围岩结构，密实岩层增大强度，避免发生压架事故。

关键词：风氧化带；注浆加固；效果

1 工程概况

1.1 采区范围

东至井田边界(8煤层-650m煤层底板等高线垂直投影线)，南至F₁₁₀断层，西至13-1煤层风氧化带，北至F₁₀₉断层。走向长1.416km，倾斜宽1.365km，面积约1.72km²。回采上限标高为-391m，下限标高为-497m，对应地面标高为+17.32～+22.12m。

1.2南二采区首采工作面1512（3）工作面上覆岩层注浆意义

根据南二采区1512（3）切眼附近的十二~十三Kz4钻孔综合柱状图可知，该工作面上覆岩层组合结构与该矿2012年6月回采的1332（1）工作面上覆岩层结构类似，都属于风氧化带薄基岩无关键层条件。而根据以1332（1）工作面为研究背景的三次物理模拟实验得出的矿压显现规律可知：此类工作面回采时，工作面上方顶板先是经历老顶几个周期的破断，此时将工作面上方顶板周期来压称之为小周期来压，然后工作面上方的高位承载岩层发生较大范围的破断、整体移动，此时会导致工作面矿压显现剧烈，将工作面高位岩层大范围的破断整体移动称之为大周期来压；随着工作面的继续回采，顶板经历3-4个小周期后再一次大范围的破断、整体移动（大周期），如此循环运动，这与一般覆岩条件的工作面上覆岩层运动规律是不同的。

当工作面回采时，工作面上覆岩层呈现大小周期破断规律。小周期来压时，工作面液压支架一般可以承受，在下部老顶运动完成后，岩层运动影响到上部高位岩层运动，产生大周期来压，上覆岩层会发生大范围的破断、整体性的移动，此时，大范围破断的岩层整体性移动所产生的载荷将由矸石及液压支架共同承担，当上覆岩层荷载过大超出液压支架承载能力时，严重的会造成压架事故。

为了最大限度的减轻南二采区1512（3）工作面回采时上覆岩层大周期来压矿压显现剧烈程度，避免发生压架事故，根据查阅文献资料及总结的工程经验可知，改善工作面上覆围岩结构是行之有效的方法之一。而要实现围岩结构的改善及围岩强度的提高，现今最常用最方便的方法即是注浆加固。在工作面上覆风氧化带注浆能够密实岩层，使其渗透能力降低、承载能力增大，即在工作面顶板岩层中人工构筑一层主关键层，这样当工作面老顶周期性破断时，由于上位岩层中存在一层因注浆而强度增大的岩层，能够很好的承载上部冲积层所传递下来的载荷。

2 注浆工艺

2.1注浆岩层的选择

南二(13-1)采区平均煤厚4.56m，根据顾北矿1232(3)工作面“三带”钻探资料：13-1煤采高与冒高比为1:4.56，以冒落带不进入风氧化带为原则，并留1m左右的活柱高度，初采时将采高控制在3～3.3m。根据十二～十三Kz4号和十二～十三1号钻孔综合柱状图可知，煤层顶板上方20～50m范围为风氧化带，根据注浆扩散的特点，本次注浆定在深度434.43～447.55m的风化泥岩层内进行，以1512（3）工作面回风顺槽上方（深度440.00m，距离基岩面18.85m）为注浆起点，以1512（3）工作面胶带机顺槽上方（深度445.68m，距离基岩面15.10m）为注浆终点。

2.2 注浆孔施工顺序及注浆交圈

先对注1孔和注4孔水平段进行注浆，再对注2孔和注3孔水平段进行注浆，最后对水平分支1#孔和水平分支2#孔水平段进行注浆。

从交圈图上可以看出水平分支1#孔和水平分支2#孔主要是对注浆面积中部薄弱带进行补强。为加强分支1#孔开始造斜段在1512（3）工作面回风顺槽附近的注浆薄弱带，注浆时可适当增大注浆压力，分支2#孔同理。

钻孔注浆平面示意图

2.3 注浆压力

一般来说，注浆压力是表示注浆材料在地层内渗透时所遇到的阻力，它受下列因素的明显影响：受注地层的成层状况和含水条件、注浆方法（注浆管结构等）、浆液材料的性质（粘度、凝胶时间等）。

注浆压力可根据下式进行计算

式中：

：静水压力；

：系数，根据区域地质和水文地质条件确定，取值范围1.5～3.0；

：常数，取值范围2～4MPa，与注浆深度有关，浅取小，深取大。

经理论计算，加之离新生界松散地层较近，本次注浆压力应控制在10MPa左右。实际注浆压力应根据现场施工情况进行调整，同时考虑到1512（3）工作面回风顺槽附近离基岩面相对较远，其注浆压力可适当增大。

2.4 注浆材料及配比

注浆材料采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，配制单液普通水泥浆液，因在风化带内注浆，故水泥浆浓度应该稠一点，本次水灰比设计为0.6:1～1:1。视情况加入食盐及三乙醇胺作为早强剂，食盐及三乙醇胺按水泥用量的５‰及0.5‰计算，或加入水玻璃作为速凝剂。

2.5 注浆质量检验标准

①1512（3）工作面完成初放，安全回采80米。

②南二采区1512（3）工作面顶板风氧化带地面预注浆的注浆量和注浆压力满足质量合格标准。

③地面预注浆后，在南二采区1512（3）回风顺槽、胶带机顺槽和切眼处分别钻取岩芯，测试岩石的力学特性和RQD值。注浆后风氧化带的RQD值不小于70%，岩石的单轴抗压强度不小于15MPa，岩石的抗拉强度不小于3MPa。

2.6 注浆安全技术措施

（1）当注浆压力缓慢上升时，以连续注浆为原则，中途不得停顿，直至达到设计注浆量；当注浆压力小，其压力又不上升变化时，为防浆液上窜至松散地层，注浆量注至100m³时，停止注浆，8小时后再进行二次注浆；当注浆期间注浆压力突然下降时，应立即停止注浆，继续复注时视情况加早强剂或速凝剂（开始注浆原则上不要加入早强剂或速凝剂）。

（2）注浆前先压清水10m³左右；注浆时浆液先稀后稠，但以稠水泥浆为主。

（3）上部套管下完且固井结束后，钻井1～2m，再对套管底口进行一次加压固井（浆液约10～20m³），以防以后注浆时浆液顺着套管外壁上窜至松散地层。

（4）采用差分胶囊止浆器，每次注浆前严格检查其止水效果，严禁跑水。

（5）透水泥塞时可采用大泵量冲孔透孔或采用螺杆定向透孔，严禁回转钻进透孔，以防形成叉孔。

（6）认真分析现场注浆情况，注浆压力可适时增大。

（7）注浆期间高压管附近严禁站人，以防伤人。

3 结语

顾北煤矿南二采区1512（3）工作面顶板风氧化带地面预注浆加固煤层顶板，此工程坚决贯彻“安全第一，预防为主”的安全方针，认真执行安全岗位责任制。历时216天施工完成。