引言
某矿2#层12采区2201皮带顺槽设计方位77°，掘进断面为5600×3850mm，采用锚网索支护形式，设计全长1495m。巷道掘进至里程995m时揭露正断层CF3（H=15m，∠75°）。围岩节理裂隙发育，顶部K3砂岩裂隙水向顶板渗透，导致上覆砂质泥岩膨胀、崩解、泥化，围岩强度降低，松散破碎。巷道掘进至里程1020m时，1008m~1013m段巷道发生冒顶，顶板涌水量高达70m3/h。对冒落及其影响范围先架棚补强支护，再逐步向里清掏矸石。在处理冒顶过程中，巷道顶板受水冲刷，矸石不断掉落并堆积在已架设好的钢棚上方，冒落区域逐步扩大，破碎矸石上方空洞也随之变大。矸石随水流不断涌向清掏工作面，现场无法观察冒落区内情况，架设好的钢棚稳定性遭到破坏，清掏工程无法继续实施。因此，迫切的需要研究出既能快速充填顶板上方空洞，又能加固钢棚上覆破碎围岩，阻止冒落范围继续扩大的技术方案。
1 工程条件分析
1.1 地质构造及岩性
巷道北邻正断层DFF2（H=30～50m，∠75°），该断层走向近平行于2201巷走向，距离巷道30m～50m；巷道掘进至995米揭露次生正断层CF3（H=15m，∠75°），巷道处于断层内，冒顶区域顶板以上依次为厚度6.4m泥岩、5.8m的中砂岩、27m泥岩，底板也为砂质泥岩。巷道顶板岩性属于软岩，围岩裂隙节理发育，岩块间铰接能力差。
1.2 涌水情况
经水质化验，判定出水水源为K3砂岩裂隙含水层。断层及次生断层发育形成导水通道，使煤层顶、底板砂岩含水层形成水力联系，导致2201巷下山掘进时顶、底板砂岩含水层出水。冒顶区域涌水量最高达70m3/h，后期稳定在30m³/h左右。
1.3 支护情况
原支护采用锚网索支护，冒顶后对里程975m～1020m段架设U29钢棚进行支护，在处理冒顶过程中，顶板上方围岩遇水后膨胀、崩解、泥化，强度不断降低；围岩松散破碎，随着清掏作业扰动冒落区松动圈逐渐变大，导致破碎矸石不断垮落并堆积在钢棚上方，并伴随大量出水，顶板上方空洞随之增大，U29钢棚支护失去作用。
分析研究决定预埋泄水管后，对1008m～1020m区域顶板进行注浆加固（填充），以阻止活矸不断垮落，封堵出水孔隙，同时保留顶板上方矸石以减少充填材料的使用量，确保快速、高效、经济地恢复巷道正常掘进。
2 注浆加固（填充）方案对比分析
结合现场情况分析结果，注浆材料应具备粘结、充填、抗水性、防火等特性，经过分析研究提出两种注浆方案：一是采用水泥单液注浆，二是采用新型注浆加固材料（马丽散KS）注浆。
2.1水泥单液注浆
水泥单液注浆作为一种传统注浆工艺，在北辛窑矿使用比较成熟，解决了很多实际问题。
1、使用材料：硅酸盐水泥2400吨
2、工期：材料准备7天、施工止浆墙7天、钻孔注浆充填20天、凝固时间3天、破止浆墙3天，合计40天。
3、费用：材料及施工费用折合2000元/吨，合计480万元。
2.2 新型注浆加固材料（马丽散KS）注浆
马丽散KS化学注浆材料是在充分利用法国技术，进行生产的双组份新型高分子聚合产品。具有一定的膨胀性、凝固快，粘合力极高、机械性能好，适用于加固较大裂隙岩层和充填空隙，加固松散岩（煤）体，封闭出水口。相比传统的马丽散，马丽散KS除了具有极好的粘合能力外，它还可以与水反应膨胀，最终和碎矸及钢棚粘合成为一个韧性极强的整体，确保钢棚的支护效果并将顶板上方空洞封死，阻止了空洞继续扩大，对碎矸冲击钢棚起到缓冲隔离作用。
1、使用材料：马丽散KS约30吨。
2、工期：7天。
3、费用：材料及施工费用折合2.8万元/吨，合计84万元。
4、特性：材料属于难燃B1级；粘度低且注浆压力大可有效渗入细小的裂隙中；粘合能力非常好，极容易和松散岩体粘合，更可以提高岩体的机械性能。凝固后韧性好，能增加了岩（煤）体的机械阻力以及支撑力。力学试验证明，充填后岩体平均单向抗压强度达到65.8MPa，塑性变形开始载荷值在150kN以上，平均凝聚力为103MPa。反应速度快，遇水后在十几秒内发生反应，能迅速封堵水流；反应后形成的泡沫不溶于水；膨胀倍数1.5~2，恰好可填满裂隙。
经过两种方案比较，选择造价低廉、工期更短、施工工艺简单、劳动强度低的新型材料马丽散KS进行注浆。
3 注浆施工方案
3.1 布孔与注浆材料参数设计
1、注浆孔位置
在2201巷1008m～1020m区域顶板进行注浆加固（填充），在巷道上部按孔间距1.5m布置4个注浆孔，注浆孔的排距为2m。
2、注浆孔参数
使用自攻钻杆连接打孔，钻头直径为Φ42mm，钻孔倾角90°，当碎矸层厚度≤4.5m时，钻杆长度以刚好打透矸石层为宜；当碎矸层厚度＞4.5m时，钻杆长度不超过4.5m。现场注浆时，注浆孔的具体位置及注浆孔的参数根据现场实际情况进行适当调整。
图1 注浆钻孔布置示意图
3.2 注浆加固（填充）工期及注浆量
1、注浆工期：7天。
2、注浆量：注浆量主要取决于：注浆区域的裂隙发育情况；注浆扩散范围的大小；根据注浆区域附近的返料情况,以现场实际注浆量为准。
3.3 施工工艺
打眼→铺设注胶管→封孔→用高压胶管连接注液枪和压注泵→将两根吸管分别插入催化剂、树脂料桶内→开泵注浆→停泵→卸压→拆枪→冲枪→换孔。
4 注浆加固治理效果
1、提高煤岩体强度，与钢棚及顶部碎矸形成整体，并形成新的稳定的承载结构，确保支护有效，顶板安全。
2、形成缓冲隔离带，阻止了上方空洞和冒落区域继续扩大，并且使垮落碎矸对顶板的冲击影响降到最低。提高整体稳定性，确保后期不会继续垮落。
3、止水效果良好，注浆加固后，在浆液粘结和膨胀作用下，断层及次生断层发育形成的导水通道被封堵，出水量减少至10m3/h。
4、带来的社会经济效益高，直接节省工程费约396万元，使该掘进工作面提前33天进入生产。
5 结语
相比于传统的马丽散，马丽散KS除了具有极好的粘合能力外，它还可以与水反应膨胀，最终和碎矸及钢棚粘合成为一个韧性极强的整体，确保钢棚的支护效果并将顶板上方空洞封死，阻止了空洞继续扩大，对碎矸冲击钢棚起到缓冲隔离作用，阻止了活矸继续向工作面冒落，为处理冒顶创造了安全保障。该技术方案施工工艺简单，设备轻便且用料少，便于运输，降低了工人的体力劳动。马丽散KS首次引入该矿使用，做到了止水、充填顶板大裂隙及加固顶板的三重作用，解决了其他材料所不能解决的挡手问题。
参考文献：
[1] 于宪阳,张农,张海韦,等.高分子化学注浆材料处理巷道大范围冒顶研究[J].煤矿安全,2010,06:10-13.
作者简介：贺龙（1987—），男，山西朔州人，工程师，主要研究方向为煤矿采掘工程技术。
