柔性注浆加固技术在工作面煤壁片帮中应用

姬 敏

（山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿，山西 吕梁 033102）

1 概况

山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿204 工作面位于830 m 水平二采区左翼，工作面最高标高930 m，最低标高828 m。工作面东为井田边界，西为830 系统大巷，南为206 工作面，北与202 工作面相邻（已回采）。工作面上部主要可采煤层为5#煤层，为未采区域。

204 工作面设计走向长度为1175 m，倾向长度为247 m。工作面回采煤层为9#煤层，平均厚度为2.8 m。9#煤层位于太原组中部，硬度为3。工作面范围内煤体结构较稳定，含有二到四层夹矸，夹矸为砂质泥岩，夹矸总厚度为0.25～0.35 m。

由于204 工作面与202 工作面采用无煤柱回采工艺，202 工作面回采后存在采空区残余应力。204工作面在回采前的100 m 范围内，受初次来压及采空区残余应力影响，工作面尾部往头部方向50 m范围内出现大面积煤壁片帮现象，最大片帮深度为2.2 m，最大片帮高度为1.5 m，导致工作面尾部端面顶板距加大，端面破碎严重，移架困难等，不仅制约着工作面安全高效回采，而且威胁着工作面安全回采施工。

2 煤壁片帮维护措施优缺点分析

2.1 玻璃钢锚杆支护

（1）施工工艺。当工作面煤壁出现片帮时，在片帮处施工支护钻孔，钻孔内安装玻璃钢锚杆并铺设纤维网从而达到煤壁维护的目的。传统玻璃钢锚杆长度为2.0 m，当工作面煤壁片帮高度达1.0 m时需在工作面施工两排以上玻璃钢锚杆。

（2）存在问题。传统玻璃钢锚杆维护片帮时，锚杆布置间排距为1.0 m，当工作面煤壁片帮面积大时需施工数量较多的支护钻孔，在钻孔施工时对破碎煤壁产生二次破坏作用，加剧了煤壁破碎力度。同时，锚杆支护长度为2.0 m，当片帮距大于1.5 m时，锚杆锚固端出现失稳现象，降低了锚杆支护效果，对深度片帮维护效果较差。

2.2 注浆加固

（1）施工工艺。对工作面片帮煤壁施工注浆钻孔，然后采用注浆泵对钻孔内高压注入马丽散或聚氨酯化学粘合材料，使破碎煤壁进行重新粘合，从而提高煤壁整体稳定性。

（2）存在问题。采用单一的注浆材料进行煤壁粘接，注浆量大，成本费用高。而且单一注浆施工时化学材料可在煤体横向煤岩体裂隙不断扩散，对煤体横向起到有效粘接作用，但是煤壁片帮主要受垂直剪切应力作用，使煤壁在纵向方向产生剥离破碎，而传统单一注浆无法削弱剪切应力破坏作用，仅可对局部煤壁片帮起到维护作用。

3 柔性注浆加固技术应用

3.1 柔性注浆加固技术原理

柔性注浆加固技术主要在片帮破碎煤体施工加长钻孔，并对钻孔内安装柔性棕绳，最后对钻孔进行注浆施工，使棕绳在注浆作用下具有一定强度的刚性以及延展性，并与破碎煤体稳定附着实现全长锚固作用。柔性注浆加固技术实现了注浆对采动影响区煤壁横向粘接作用，又实现了柔性棕绳对煤壁纵向垂直剪切应力破坏进行削弱作用，可对大面积深部片帮煤体起到有效的支护作用。

3.2 柔性注浆加固材料选择

（1）柔性棕绳参数选择。不同参数的棕绳延伸率及抗拉强度不同，目前国内煤矿采用的棕绳直径主要有Ф18 mm、Ф21 mm 及Ф24 mm。通过对不同直径的单位长度棕绳进行三次电液伺服拉力试验发现：Ф18 mm 的棕绳在拉力作用下平均抗拉强度为37 MPa，延伸率为9.2%；Ф21 mm 的棕绳在拉力作用下平均抗拉强度为29 MPa，延伸率为8.4%；Ф24 mm 的棕绳在拉力作用下平均抗拉强度为59 MPa，延伸率为15%。为了适应大变形破碎片帮煤壁支护需求，决定选用Ф24 mm 的棕绳。

（2）注浆材料选择。通过对204 工作面片帮煤体观察发现，片帮煤体成鳞状结构，煤体内裂隙发育充分，裂隙率达52%，裂隙最大延伸长度为1.4 m。为了实现煤壁快速粘接作用，并对裂隙区进行充分填充，决定选用聚氨酯化学材料粘合剂。

3.3 施工工艺

（1）首先采用手持式钻机配套麻花钻杆以及直径为42 mm“八”字型钻头进行钻孔施工。深度为8.0 m，钻孔布置间距为3.0 m，钻孔施工在距顶板1.5 m 处，钻孔以10°仰角布置。

（3）钻孔施工完后将柔性棕绳与注浆管捆绑送至钻孔内，如图1 所示。为防止浆液外漏，可采用纱布、砂浆对钻孔进行封孔处理，最后采用2ZBQ40/11 型注浆泵进行煤体注浆施工，注浆压力为3～5 MPa。

图1 204 工作面片帮煤壁柔性注浆加固工艺施工示意图

3.4 柔性注浆加固技术应用分析

通过对204 工作面采取柔性注浆加固技术进行片帮煤壁加固发现，该支护技术具有显著应用优点及特点。

（1）柔性注浆加固技术与其他单一的锚杆支护或注浆支护相比，可通过注浆使柔性棕绳在煤体内形成全长锚固柔性支护体，能够稳定的与煤岩体进行附着锚固，具有较强的延伸度及刚度。

（2）通过实际应用发现，在破碎片帮煤壁中棕绳的直径越大，其延展性及刚度越强，抗拉强度越大，对片帮距大于2.0 m 的煤壁维护效果越好，能够有效抑制煤壁片帮深度及片帮高度。

（3）与传统支护相比，该支护技术既能防止纵向煤壁剪切破坏作用，又能对整体煤壁进行注浆加固作用，解决了传统锚杆支护强度低等技术难题，具有显著的防煤壁片帮作用。

4 结语

对工作面片帮煤壁采取柔性注浆加固技术后，通过现场观察发现，经柔性注浆加固后煤壁在后期回采中片帮现象得到有效控制，最大片帮高度0.5 m，降低了70%；最大片帮深度为0.3 m，降低了86%，保证了工作面安全高效回采，取得了明显成效。