技术创新开启“提质增效”新引擎

_{-应急管理部信息研究院研发的AJG水泥浆复合添加剂在亚美大宁动压巷道围岩加固应用成功}

一、矿井概况

山西亚美大宁能源有限公司（以下简称大宁煤矿）华润煤业（集团）有限公司。生产能力4.00Mt/a，井田面积38.8225平方公里，批准开采3号煤层，开采深度由+620m至+360m标高，煤层平均可采厚度为4.45m，倾角小于10°，属于近水平煤层，矿井采用斜井开拓方式，混合式通风。井田地质构造复杂程度为中等，水文地质类型为中等。煤层不易自燃，煤尘无爆炸危险性，属煤与瓦斯突出矿井。煤层顶板为粉砂岩、泥岩或砂岩，底板为泥岩或粉砂岩。

大宁煤矿布置有1个综采工作面、2个顺槽连掘工作面、1个顺槽综掘工作面和2个大巷综掘工作面。采用综合采用机械化一次采全高长壁开采，全部垮落法管理顶板，长壁工作面采用后退式开采。

大宁煤矿现回采三〇六工作面。顶板伪顶为含炭泥岩，直接顶为粉砂岩细粒砂岩粉砂岩夹泥岩，老顶为细粒砂岩夹中粒砂岩。三0六综采工作面东部为已回采的三0五工作面，西部为三0七工作面，南部为西区开拓大巷，北部为本矿北部边界及宇昌煤业南部边界。

二、项目背景

大宁煤矿综采工作面顺槽采用三巷布置，分别为01、02、03巷，顺槽支护主要手段采用锚杆（索）+钢筋梁+金属网（塑料网）支护。但随着西区开采深度的增加，在采动应力影响和其他因素条件下，单纯的强力锚固已难以有效地保障巷道稳定，顺槽巷道在回采过程中受动压影响，02、03巷经常出现漏顶、片帮和底鼓等动压现象，严重影响安全生产。03巷则要服务下一工作面使用，因此采用补强支护进行加固支护，以往都采用扩帮、拉底、锚网索补强支护和架设木垛支护等方式进行巷道修复，这样不仅加大了工人劳动强度，增加了生产成本，降低了生产效率，而且在二次扰动作用下，稳定性比较差，极易出现冒顶。采用单一锚网索支护，其刚度较弱，难以控制变形，就会发生顶板变形冒落，直至造成巷道破坏，因此，如何控制顶板在二次采动影响下巷道围岩的稳定一直是我矿顶板管理难题。

为解决二次采动压力下顶板管控，通过调研，计划采用注浆工程技术进行工业试验，注浆加固工程技术是通过施加一定的压力将不同种类的浆液注入到煤岩体中，浆液注入到煤岩体中后，首先对煤岩体中的裂缝及裂隙进行充填，随着注浆压力的加大，浆液在煤岩体逐步进行渗透，并对煤岩体进行劈裂，将煤岩体中水分、空气等进行驱赶，最终随着浆液的凝固，使破碎的煤岩体形成一个完整的整体，煤岩体的物理力学性质及完整性得到改善和提高，达到了煤岩体的整体性、稳定性。通过注浆工程现场长期的实践证明，针对破碎煤岩体的加固，注浆技术是一种方便、快捷、经济、有效的方法。

水泥类浆液注浆一次灌浆不能保证质量、注浆周期过长等缺陷，为保证水泥类注浆材料具有稠浆粘度小、零收缩、微膨胀、固化强度高、浆液稳定性好以及合理的液态和塑态维持时间等有利性质。经调研，应急管理部信息研究院研发的复合添加剂加入到水泥类浆液中，能够调整和改变水泥浆液的物理力学性质，明显提高水泥类浆液围岩加固截水堵漏、地质构造治理工程等效果。其浆液具有性能根据需要能可控调节、浆液流动性好、液态及终凝时间随意调节、显著保持水灰不分离的稳定状态、浆液终凝后不析水、可以硬化成等体积的混凝土（零收缩）、涨缩量可小幅度任意调节、力学性能优良等优点。

三、工程试验

2020年3月27日完成注浆工程技术试验项目立项，5月27日与应急管理部信息研究院完成合同签订后拟在综采三〇六工作面机尾3503（07-09）顺槽巷采用复合添加剂+水泥浆液进行注浆工程技术的工业试验开始试验。

1、注浆试验方案

对试验注浆段3503（07-09）巷道顶帮进行表层喷浆封闭，喷层厚度不小于100mm，混凝土标号C20，作用是对巷道煤岩裂隙进行全部封堵，防止漏浆，为后续的注浆工作奠定基础。

在3503巷顶板、两帮施工注浆孔，孔深6m，钻孔沿巷道断面帮顶成排布置。顶板孔间距1750mm，每排布置3个；两帮孔间距1500mm，两帮每排各3个孔，注浆孔排距3000mm。预计总孔数约400个（见图2）

图2：注浆加固孔布置示意图

2、注浆效果

3503（07-09）注浆工业试验共计施工336个孔（钻孔进尺2016米），共计注浆量110.75吨、添加剂11.2吨。其中单个最大注浆量：水泥4.85吨、添加剂0.5吨，单个最小注浆量：水泥150Kg、添加剂10Kg；综采推进此区域，两帮位移量在130-508mm，顶板下沉量在215-400mm，底鼓量在371-700mm（见表1）。3503（07-09）巷道注浆后，效果明显（注浆前后对比见图3），巷道变形量在可控范围内，确保了支护安全可靠，顺利回采。

                未注浆回采后的巷道                   注浆试验后回采时巷道

注浆过程中暴露出许多问题，搅拌设备落后，水泥浆液符合添加剂搅拌困难，气动注浆泵压力不足以及封孔器加工操作程序繁杂影响施工进度。针对存在问题，我矿考察调研采购先进的电动注浆、搅拌设备，现已到矿投入使用，提高施工效率。

四、试验结果

试验证明，水泥+复合添加剂注浆加固技术是解决这一问题的有效手段，它不仅能将受采动压力影响下裂隙发育的破碎岩体固结成为完整性较好的煤岩体，使顶帮位移处于可控范围，可有效地防止片帮冒顶事故的发生，水泥+复合添加剂注浆加固技术对我矿的安全生产是十分必要的，可减少巷道重复修复次数，减轻工人劳动强度，降低生产成本，提高生产效率。

此项技术现已在三〇六采面3#异常区及二〇四采面2403巷推广应用。

技术负责人：15313205717