瑞米注漿加固施工技術在劉莊煤礦的應用

李 奎 馬守龍

0 引言

劉莊煤礦1211201工作面上順槽正在掘進期間(外段已掘200 m,差600 m貫通時)。上順槽上幫距離上一個工作面的采空區7 m,為小煤柱掘進。由于礦壓較大,通過采空區泄水巷,造成掘進期間巷道局部煤柱的煤體被壓碎、外鼓、片幫、淋水、頂底板移近量較大,局部巷道高度只有1.7 m。如不對破碎區域進行處理,巷道難以維護,影響正常掘進和回采。

1 注漿施工條件

1.1 工作面主要技術特征

121102工作面軌道順槽位于東二采區,設計總長度1 750 m,本工作面東臨F32斷層,西至設計停采線,南至工作面機巷,北臨121101工作面采空區。工作面埋深700 m,煤厚平均3.5 m,直接頂為砂巖。巷道斷面為5 m(長)×3.5 m(寬)。

巷道支護形式為錨桿、錨索、錨網、鋼帶、點柱聯合支護。具體支護參數見表1。

表1 支護參數

1.2 地層及構造

煤層直接頂板以細砂巖為主,成分以石英為主、長石次之,含暗色礦物及白云母碎片,分選、磨圓中等,泥～硅質膠結。工作面東臨F32斷層(其產狀為100°,∠75°～∠85°,H=0 m～12.5 m),西臨 F19斷層(其產狀為 328°,∠30°～∠50°,H=120 m～130 m),這兩條斷層分別位于本工作面的東西邊界;工作面總形體為一單斜構造,煤層走向 78°～94°,走向上起伏較小,傾向 168°～184°,煤層傾角12.5°～20°。工作面掘進期間所揭露的影響工作面回采且落差較大的斷層有七條。

1.3 水文地質

121102工作面位于F19及F31兩條大的隔水正斷層之間,其地下水的補給、徑流、排泄條件必然受兩條斷層的限制。工作面上覆新地層平均厚度390 m。煤層上覆基巖厚度不均,分布有數層含水砂巖層。在自然狀態下,各含水層只能接受第四系松散層水少量的補給,而且是很緩慢的。同時,工作面范圍內發育的斷層落差較小,導水性差,預計含水量較小。但受采動影響,可能導致通頂底板砂巖裂隙水。

2 注漿方案的提出

瑞米加固2號具有高度粘合力和很好的力學性能,產品注射進煤巖層裂隙以后,低粘度混合物保持液體狀態幾秒鐘,在加壓泵的壓力作用下即可滲透進細小的裂縫,與煤巖體產生高度粘合,使原本不連續體或松散體膠結成連續體,使其整體穩定性提高,從而控制頂板下沉和煤壁繼續片幫的發生,能提高煤巖層支撐力,封堵裂隙,達到加固密封處理區域的目的。瑞米加固2號技術參數如表2所示。

表2 瑞米加固2號技術參數

3 注漿施工

3.1 設備和材料的選擇

采用風動雙注組分注漿泵及配套的40 mm麻花鉆桿、42 mm合金鉆頭鉆進。注漿用風動雙注組分注漿泵主要特點如下:

1)注漿施工時使用人力較少,一般注漿操作3人便可進行,節省人力資源。

2)施工設備輕便(氣動注漿泵僅重140 kg),輸出壓力高(最大20 MPa以上),輸出流量最大26 L/min以上。

3.2 劃分注漿段

先將軌道順槽外段與采空區聯巷兩側各6 m范圍進行注漿加固,同時對裂隙進行密封。每個注漿段為60 m。泄水巷前后10 m為一個注漿段。

3.3 布設注漿孔

1)單排孔布置,孔在巷道中部,孔距3 m。2)距離聯巷最近的孔距離聯巷巷幫不少于2 m,以防止漿液流入聯巷內。3)孔深2.5 m,最深不得大于3 m,以防止漿液過多流入采空區側。4)孔均垂直巷道煤壁。

3.4 注漿工藝

1)注漿采用風動雙注組分注漿泵,注漿泵應該安設在平整的地面上,如果地面不平,需要采取相應的措施平整地面。注漿系統由注漿泵、吸管、高壓膠管、封堵器和注射槍等部分組成。2)打孔時,對于非常破碎區域,使用中英合資北京瑞琪米諾樺合成材料有限公司自攻鉆桿,前面的一節帶孔,后面的不帶孔。鉆桿打入后不抽出,當作注漿管用。3)使用普通注漿管時,封堵器的位置大約放置在鉆孔內2.0 m深的地方。4)注漿量根據煤層層理及裂隙發育程度,盡量增加注入量,增加漿液擴散半徑,具體注入量根據施工時現場實際情況而定。5)跑漿事故預防及處理:其征兆是壓力突然下降而不回升,或吸漿量突然增大,發現后應查找冒漿跑漿地點,并采取局部應急措施(用棉紗、木楔封死堵牢)封堵冒漿處,然后采取低壓注漿、間歇注漿等以防繼續冒漿、跑漿。6)注漿觀測與記錄:觀察、記錄注漿過程中的壓力及材料消耗量。7)停止注漿,用樹脂沖洗管路和混合槍。8)換孔注漿。

4 結語

2009年3月～5月在121102工作面軌道順槽施工中進行了注漿試驗。試驗表明,此方法操作方便、省工省時。由于漿液均勻,反應時間快(25 s～28 s),強度來效快,可以達到立竿見影的堵水、加固效果。巷道維護量大大減小,保證正常掘進和回采。采用瑞米注漿,具體優點如下:1)原始材料穩定性能良好,遇水發生反應并發泡,適合處理積水、涌水場合。2)與一般單液漿相比,瑞米注漿材料附著力優越,與巖石、混凝土粘結強度高,而且不易被流水沖走,固結面積反而因流水而擴大,有效固結范圍大。3)漿液灌入裂縫內,向裂縫周圍滲透(形成一次滲透),隨即發生反應,發泡膨脹產生二次滲透,滲入混凝土縫隙產生了較大的滲透半徑和凝固體積,以致最終形成體積大,抗壓強度高,抗滲性好,堵水效果佳的凝固體。4)化學穩定性高,耐酸、堿、鹽和有機溶劑,表面光滑耐磨,不長霉,固結體有良好的耐久性。5)注漿范圍可控,材料較普通的單液漿用量相比非常低,施工方案可根據控制材料的反應時間從而控制材料的注漿擴散面積、范圍,達到控制注漿成本。6)具有良好的膨脹性能,膨脹體積超出裂縫空腔容積。7)材料強度高(原始材料60 MPa～80 MPa以上),在堵水的同時更能起到良好的巖層加固效果,不易為外力破壞。

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