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1、单体面断层破碎带顶板单体面断层破碎带顶板注浆加固技术注浆加固技术 1 前前 言言 平煤集团四矿主采煤层为己平煤集团四矿主采煤层为己15和己和己16-17两层煤层。两层煤层。己己15煤层厚度平均煤层厚度平均2 m，直接顶厚，直接顶厚5 m左右，岩层的左右，岩层的层理节理较为发育，暴露风化后性脆易破碎，其层理节理较为发育，暴露风化后性脆易破碎，其上的老顶厚上的老顶厚7 m左右，有明显的周期来压现象。己左右，有明显的周期来压现象。己16-17煤层距己煤层距己15煤层煤层18 m，煤层平均厚度，煤层平均厚度4.8 m，松，松软易片帮，平均抗压强度仅软易片帮，平均抗压强度仅5.9 MPa，且煤层赋存，且
2、煤层赋存较不稳定，倾角和厚度起伏变化较大。其上为厚较不稳定，倾角和厚度起伏变化较大。其上为厚16.5 m的砂质页岩，平均抗压强度的砂质页岩，平均抗压强度16.7 MPa，岩层，岩层的层理节理裂隙发育，属松软破碎顶板。己组煤的层理节理裂隙发育，属松软破碎顶板。己组煤层范围内地质构造主要为断层，对生产的影响较层范围内地质构造主要为断层，对生产的影响较大。大。1 前前 言言 在破碎顶板条件下开采，冒顶是工作面最主要在破碎顶板条件下开采，冒顶是工作面最主要事故之一，发生较多的是局部冒顶，约占事故之一，发生较多的是局部冒顶，约占70%。据平四矿三个采煤队的跟踪统计，因冒顶而引起据平四矿三个采煤队的跟踪统
3、计，因冒顶而引起的工作面的停产时间占工作面停采总时间的比例的工作面的停产时间占工作面停采总时间的比例最高达最高达60.1%，平均为，平均为41.2%。发生冒顶较多的在。发生冒顶较多的在端面和端头，而端面和端头，而50%左右的冒顶又都发生在断层左右的冒顶又都发生在断层等地质破碎带。因此预防工作面冒顶重点应放在等地质破碎带。因此预防工作面冒顶重点应放在端面和端头部位以及工作面遇到断层等地质构造端面和端头部位以及工作面遇到断层等地质构造带时。带时。1 前前 言言 目前控制冒顶的措施主要有提高支柱初撑力、目前控制冒顶的措施主要有提高支柱初撑力、缩小梁端距、减少空顶面积、及时支护，这些方法缩小梁端距、减
4、少空顶面积、及时支护，这些方法对预防工作面端面冒顶会起到一定的作用，但对于对预防工作面端面冒顶会起到一定的作用，但对于防治断层破碎带顶板的冒落则效果不明显。本文提防治断层破碎带顶板的冒落则效果不明显。本文提出采用顶板注浆加固技术，提高煤岩体的自身承载出采用顶板注浆加固技术，提高煤岩体的自身承载能力，预防断层破碎带顶板的冒落。能力，预防断层破碎带顶板的冒落。2 注浆加固材料性能分析注浆加固材料性能分析 对加固材料的性能应有以下基本要求：对加固材料的性能应有以下基本要求：（1）具有较高的早期和中期强度）具有较高的早期和中期强度(7d之内之内)，后期强度，后期强度稳定。以适应在工作面推进较快的情况下
5、，有较高稳定。以适应在工作面推进较快的情况下，有较高的顶板固结体强度，较快地达到控制顶板的目的。的顶板固结体强度，较快地达到控制顶板的目的。（2）初凝时间可调，浆液浓度和结石体强度可控，结）初凝时间可调，浆液浓度和结石体强度可控，结石率高，结石体不收缩。石率高，结石体不收缩。（3）满足注浆工艺要求，可注性（渗透性）好，使浆）满足注浆工艺要求，可注性（渗透性）好，使浆液能渗透到较小的裂缝中。液能渗透到较小的裂缝中。（4）成本低，来源广，无毒、无害，符合环保要求，）成本低，来源广，无毒、无害，符合环保要求，有较好的投入产出效益。有较好的投入产出效益。2 2 注浆加固材料性能分析注浆加固材料性能分析
6、 序号序号 水灰比水灰比（重量比）（重量比）（W/C）凝结时间凝结时间/min 抗压强度抗压强度/MPa 胶凝胶凝 初凝初凝终凝终凝1 h 2 h 4 h 24 h 3 d 7 d 12345 6 1.9 12.05 12.25 12.5 12.7 1 3.0 1 5 810121719 20 2729415866 75 1.04 2.05 4.283.753.022.421.94 1.53 6.395.594.614.143.46 2.74 4.67 8.247.325.595.154.31 3.39 3 3 注浆加固工艺及参数注浆加固工艺及参数 3.1 注浆加固设备注浆加固设备 动力系统动
7、力系统 YZB63.2.32液压压注泵液压压注泵制浆系统制浆系统 防爆电动搅拌机防爆电动搅拌机液压输送系统液压输送系统 输浆管输浆管 混合器混合器 封孔器封孔器 截止阀截止阀输助设备输助设备 钻机钻机3 3 注浆加固工艺及参数注浆加固工艺及参数 3.2 注浆加固工艺注浆加固工艺 3 3 注浆加固工艺及参数注浆加固工艺及参数 3.2 注浆加固工艺注浆加固工艺注浆工艺设备配置注浆工艺设备配置1-主配料搅拌容器；主配料搅拌容器；2-吸浆管；吸浆管；3-双液压注泵；双液压注泵；4-排浆管；排浆管；5-浆液混合器；浆液混合器；6-截止截止阀；阀；7-注浆导管；注浆导管；8-封孔浆体；封孔浆体；9-煤岩体
8、；煤岩体；10-注浆孔注浆孔 3 3 注浆加固工艺及参数注浆加固工艺及参数 3.3 注浆加固参数注浆加固参数 包括：注浆孔的几何参数包括：注浆孔的几何参数 渗透半径渗透半径 封孔长度封孔长度 注浆压力注浆压力 注浆量注浆量 注浆孔的几何参数注浆孔的几何参数 包括孔长、孔口位置、方位，确定的原则为在保证易包括孔长、孔口位置、方位，确定的原则为在保证易于钻孔和达到良好注固效果的情况下孔长尽可能地短。于钻孔和达到良好注固效果的情况下孔长尽可能地短。3 3 注浆加固工艺及参数注浆加固工艺及参数注浆孔几何参数注浆孔几何参数 3 3 注浆加固工艺及参数注浆加固工艺及参数1(1/tg1/tg)lH0(0.5
9、)/sinlh 0arctg(0.5)/hl220121 22cosllll l 4 4 注浆加固现场实例注浆加固现场实例 平四矿己平四矿己16-17-21160工作面在开采过程中遇到一工作面在开采过程中遇到一条斜交于工作面下部的逆断层条斜交于工作面下部的逆断层F0，断层落差，断层落差1.6 m，断层面倾角，断层面倾角63。工作面揭露断层后，由于。工作面揭露断层后，由于断层交面处的煤岩破碎，片帮、冒顶严重。工作断层交面处的煤岩破碎，片帮、冒顶严重。工作面日推进度平均面日推进度平均0.5 m，几乎每天都在处理断层，几乎每天都在处理断层处的冒顶问题。冒顶高度在处的冒顶问题。冒顶高度在1.52.5
10、m，片帮深度，片帮深度最深达最深达1.5 m，严重影响了工作面的正常生产，严重影响了工作面的正常生产，因此在生产过程中采取注浆加固的方法固结破碎因此在生产过程中采取注浆加固的方法固结破碎顶板。顶板。4 4 注浆加固现场实例注浆加固现场实例工作面过断层冒顶片帮示意图工作面过断层冒顶片帮示意图A-易冒顶区；易冒顶区；B-煤层易片帮区煤层易片帮区 4 4 注浆加固现场实例注浆加固现场实例l 根据前面对注浆加固参数的分析，确定孔口位根据前面对注浆加固参数的分析，确定孔口位置在工作面揭露处置在工作面揭露处3.0 m，距顶板，距顶板1.0 m，钻孔斜，钻孔斜向断层交面线，仰角向断层交面线，仰角30，孔深，
11、孔深5 m。封孔长度。封孔长度2.0 m，浆液配比，浆液配比2.25 1，注浆反压，注浆反压2.2 MPa。计。计算渗透半径算渗透半径2.83 m，实测，实测3.1 m，故选择孔间距，故选择孔间距3.0 m。每孔计算注浆量。每孔计算注浆量492 kg，实际，实际610 kg。在。在注浆过程中有少许浆液沿断层面漏出。注浆过程中有少许浆液沿断层面漏出。5 5 注浆加固效果分析注浆加固效果分析 l(1)改善工作环境，基本杜绝冒顶事故，增加采改善工作环境，基本杜绝冒顶事故，增加采煤工作面的安全可靠性。煤工作面的安全可靠性。l(2)工作面顶板平整，工程质量得到改善。工作面顶板平整，工程质量得到改善。l(3)改善生产秩序，便于推行正规循环作业，提改善生产秩序，便于推行正规循环作业，提高工人生产的积极性。高工人生产的积极性。l (4)该技术不仅适应单体面，而且能在条件类似该技术不仅适应单体面，而且能在条件类似的综采和综放面广泛应用。的综采和综放面广泛应用。
