未铺网分层开采松散破围岩顶板加固技术在掘进工作面的应用
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摘要： 土城矿14采区的14128下回采工作面上、下巷的掘进过程中通过工作面采用注马丽散技术，提高了因开采上分层没有铺金属网造成的掘进工作面破碎煤岩体的整体强度，从而确保了掘进工作面的安全工作。
土城煤矿是盘江精煤股份有限公司下属的一座生产能力280万吨/年的大型煤矿，14采区为土城矿的一个生产采区，生产能力为80万吨/年，12#煤层是主要可采煤层，煤层倾角18-20°，平均倾角19°，12#煤层分为两层为12-1#、12-2#，在14采区12#煤层的合并位置厚度为3.6-4.3m，14128回采工作面开采于1993年回采，采用的是高档普采工作面，不能一次采全高，采用回采上分层，回采高度2m，回采过程中没有铺设金属网。为提高资源回收率，需开采下分层，但由于在开采上分层时没有铺设人工金属网，在掘进回采工作面的上、下巷时局部地段顶部的围岩较破碎严重威胁生产安全也制约掘进的速度。鉴此，对土城矿14128下回采工作面上、下巷掘进工作面围岩注马丽散和水泥浆技术，以提高掘进工作面附近围岩体的整体强度，从而保证了工作面的安全顺利掘进，实现了安全生产。下面简单介绍马丽散加固技术在土城矿14128下回采工作面上、下巷的研究应用情况
1地质与生产条件
1.1地质概况
14128下回采工作面布置在14128采空区下部，西起14采区井筒，东至15采区边界相邻15采区12#煤层的采空区。回风巷设计长度490m，运输巷设计长度520m，工作面倾斜长度140m，平均倾角19°。
1.2工作面的相邻关系
14128煤层厚度为3.6-4.3m，回采14128上工作面回采高度为2m，剩余煤厚1.6-2.3m，14128下回采工作面切眼位于分岔线位置，上分层已回采。
1.3掘进工作面支护方案
采用下净宽×净中高=4279×3000mm的U型钢拱形棚支护，巷道净断面10.7m2，棚距600m，梁腿搭接长度450mm，卡缆间距170mm，搭接处使用三付卡缆。棚子与巷帮间采用φ50mm以上的刹杆刹严背实。
2 注浆方案的拟定
2.1 加固材料性能状况
2.1.1 马丽散浆液性能
马丽散是一种低黏度，双组分合成的高分子聚亚胺胶脂材料，它具有高度的粘合力和很好的机械性能，注入煤体后，使注体保持几分钟，其低黏度的特性便渗透到细小的裂缝内，与煤岩体发生粘合，使之成为整体，固化后提高了煤岩的稳定性和强度。
2.1.2 水泥浆液性能
水泥浆为425#普通硅酸盐水泥，水灰比0.7-41，局部加水玻璃，浓度为45Be，用量为水泥用量的3~5%，注浆压力为1.0-2.0MPa。注浆材料为水泥膏体，水泥与水的重量配比为：1：1，在配和后立即使用注浆泵将水泥浆注入煤岩体内，其要优点是价格便宜，适于大范围使用。
2.2注浆方案的拟定
2.2.1 注浆范围的确定
回采工作面上、下巷位于14128上工作面下，局部地点工作面围岩破碎，设计提前对掘进工作面破碎围岩带进行注浆进行加固，以提高煤体整体强度，预防工作面掘进时的冒顶、片帮，保证掘进工作面的安全生产。
2.2.2 注浆方案的确定
结合马丽散性能状况，并根据现场情况，考虑到马丽散材料反应时间和混合后的泵送距离，确定采用双液小导管孔内混合注浆方式实现远距离深孔孔内混合注浆。从掘进工作面钻孔注马丽散浆液加固掘进工作面附近围岩的煤体。在工作面后方开设钻场布置注浆孔朝工作面掘进方向向超前注水泥浆液加固。
2.2.3注浆加固煤岩体方案
2.2.3.1 注浆钻孔布置
工作面注浆钻孔间距2m，孔径42mm，孔深2m-5m，布置在巷道顶板。从掘进工作面左侧开始布置第一个注浆钻孔深度2.5m，间隔1.5m布置一个钻孔，钻孔随掘进方向递增布置，深孔超过加固段200mm-500mm，浅孔达到该处注浆宽度的中间位置。注浆孔超前工作面2m，按60°倾角控制巷道轮廓线2m，注浆孔布置见下图
2.2.3.2注浆钻孔封孔
根据煤岩体破碎程度位置现场确定封孔深度，封孔深度的确定以该注浆孔所处注浆加固段前200-500mm为宜。为保证工作面推进时的安全生产，封孔器前方连续的注浆花管使用ABS注浆花管。
2.2.4 工作面注浆加固煤岩体方案
在工作面推进距工作面3-5m时，布置注浆钻场，结合进尺进行超前注浆加固，注浆钻孔间隔2-3m布置，孔径42mm。控制巷道轮廓线2m，注浆加固控制范围结合该工作面掘进速度布置注浆控制范围。以超前工作面前方10m-20m为宜。超前钻孔布置如下图
3注浆工艺流程
设计方案
根据设计方案，打孔，钻孔直径ф=42mm，深度按钻孔设计方案实施。
将注浆泵、注射枪及其附件组装连接好，接好压风管。
开始注浆，把两跟吸料管分别插入马丽散树脂和催化剂桶中，利用气动注浆泵进行注浆，及时添加马丽散，防止注浆泵空吸，观察注浆比例。
停止注浆，冲洗管路和混合枪。
换孔注浆。
注浆完毕后，用清洗剂清洗多功能泵和附件。
4 注浆技术要求及注意事项
4.1 注浆技术要求
（1）注浆锚杆间排距：1500mm。
（2）注浆参数：采用水泥单液浆，水泥浆为425#普通硅酸盐水泥，水灰比0.7-1.局部加水玻璃，浓度为45Be，用量为水泥用量的2-5%，注浆压力1.0-2.0MPa。
（3）注浆材料为水泥膏体，水泥与水的重量配比为1：1.
4.2 注浆注意事项
（1）现场注浆时可根据材料反应情况进行适当调整，如在深孔注浆时材料注浆量明显减少，说明孔口处马丽散已经反应到一定程度，粘度增大，不利于浆液扩撒，此种情况下可预先拆除注射枪头中的搅拌器来延长马丽散固结时间，采能保证注浆效果。
（2）深浅钻孔均匀间隔布置逐渐钻孔是保证加固段浆液均匀扩散的最有效手段，钻孔和注浆时必须严格保证。
（3）当注浆压力达到5-8MPa或出现返浆严重时，即可换孔注浆，注浆顺序为自左向右。
5 结语
土城煤矿14采区14128下回采工作面上、下巷掘进期间，通过对掘进工作面围岩破碎地点采用注马丽散和水泥浆技术，工作面顶板稳定，掘进过程中没有出现过冒顶、片帮等事故，提高了工作面过掘进的速度，从而确保了工作面快速、安全掘进，实现了安全生产。应用该技术能及时地改变煤岩的松散结构，提高煤岩体的整体强度，有效地控制掘进工作面顶板，从而大大提高掘进工作面的安全可靠性，提觉工作面的掘进速度，值得煤矿在掘进工作面破碎围岩加固或掘进过程中过断层或过其他构造破碎带时推广应用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。