馬麗散E在土城礦冒頂淋水區加固中的應用

摘要：在煤礦掘進和巷修過程中，經常會遇到頂板破碎、淋水帶，如采取措施不當，則會造成嚴重的冒頂事故，直接影響施工安全及工程進度。文章針對此類工程條件，土城礦首次采用馬麗散E在13軌道石門冒頂淋水區加固圍巖堵水，取得了明顯的經濟效益。

關鍵詞：馬麗散E；冒頂淋水區；加固堵水；注漿材料選擇

中圖分類號：TD327 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）01-0145-02

一、概況

土城礦井始建于1966年，1984年底建成投產，原設計能力為120萬t/a 。1993年12月至1998年進行、改擴建后的礦井設計能力為240萬t/a 。2003年進行擴能改造后，2006年核定生產能力為300萬t/a。目前生產采區有4個：21采區、13、14和15采區，設計生產能力均為100萬t/a。井田內主要可采煤層有11層，分別為1#、3#、5#、6#、9#、12#、13#、15#、16#、17#和18#煤層，屬于以薄及中厚煤層為主的近距離煤層群。

二、問題的提出

土城煤礦13軌道石門巷道斷面5.06m×3.20m（寬×高），該巷道在2010年8月巷修時出現大面積冒頂，冒高估計6.0-～8.0m，長度5.0m，且冒空區有淋水出現，水量﹥15m3/h，因冒頂區上部原為小煤窯廢棄巷道，估計出水在冒頂區穩定頂板位置。礦初次進行水泥注漿處理，大部分水泥漿均被淋水沖走，注漿加固效果差。在二次修復巷道時再次出現頂板冒落，不能正常修復通過該冒頂區，嚴重影響該巷道的正常進風、運料和行人。因而對該段巷道需采取特殊的注漿堵水、加固處理。

三、注漿材料的選擇

水泥漿：膠結時間長，具有較長的可注期和較多的注漿量。具有較高的抗壓強度，但初凝時間長，易被水稀釋，在水壓高、水量大的條件下，會有較大漿液損失，具有一定的收縮率，脆性收縮時會產生裂縫進一步導通水源繼續漏水。

水泥—水玻璃漿液：在水泥漿的基礎上添加水玻璃配制而成，雖克服了單液水泥漿凝固時間長的問題，但對凝固時間的準確控制較難，施工工藝復雜，且仍為脆性，有一定的收縮性。

馬麗散E堵漏劑：它是一種高科技產品，是由兩種成分合成的高分子聚亞膠產品，用于地層的加固與水流的封閉。具有極好的粘合力，能與地層產生高度粘合，有良好的柔韌性，能承受隨后的地層運動，可保持與地層同樣的服務時間。注入巖層后，其粘度混合物液體狀態保持幾十秒或幾分鐘，滲透到細小裂縫并膨脹膠結，從而有效的加固和密封處理區域。它在加入一定量的加速劑后，可提高反應速度。遇水產生關聯反應，進一步膨脹發泡生成多元網狀封閉彈性體，產生二次滲壓（膨脹倍數20～25倍），更好的封閉裂隙，達到止漏目的。

通過以上材料的論證分析，馬麗散E注漿材料具有相當的技術優勢，其本身粘度低，流動性好，可注性強，具有下列優點：

1．漿液粘度低，流動性好，能進入細小裂隙；

2．漿液凝固時間在幾十秒到幾分鐘內任意調節，并能人為的加以準確控制；

3．漿液對注漿設備、管路、混凝土建筑物及橡膠制品無腐蝕性；

4．漿液固化時無收縮現象而會膨脹，固化后有很強的粘合性，能牢固地與圍巖結合；

5．漿液結石率高，結石體有很強的抗壓強度和一定的抗拉強度，不龜裂，抗滲性好；結石體具有良好的耐老化特性和耐久性；

6．漿液有一定的細度，能滿足注漿效果，滿足注漿要求，并且該材料配有專用注漿設備，能準確控制其反應比例，注漿無污染，符合環保要求。

四、施工工藝及施工方法

1．注漿原則封閉加固頂板冒落后的矸石，既使之成為一個整體后堵漏淋水，并增強整體強度及一體性，利于巷道修復掘進。

2．在冒空區位置設計12個注漿孔，每斷面3孔，每1.5m為一個注漿斷面，孔深2.5m（原則上孔深不超過冒落矸石高度），孔位（見施工布置圖1）。

3．打孔鉆具：采用7655風鉆，φ42mm鉆頭施工。

4．注漿步驟：

（1）在設計的鉆孔孔位置下打孔；若現場情況有變化，可在原設計方案基礎上稍做調整；

（2）把多功能泵及其附件組裝好，并用u型卡固定牢靠；嚴禁用鐵絲替代，注漿過程中應及時觀察各聯接位置是否有松動現象并及時解決，以防漿液噴出；

（3）分別把兩個吸料管放入樹脂和催化劑的包裝桶，并在缸體上做好標記，再次施工，原吸料管也應同于上次的樹脂和催化劑的包裝桶；

（4）開動氣泵，使兩種液體吸入缸體并從DN13的高壓膠管中排出，持續開動幾分鐘，觀察注漿比例和吸料情況，若有問題，立即停泵處理；

（5）待設備正常后，DN13的高壓膠管連接注射槍，注射槍連接到快插接頭，關閉卸壓閥，開動設備注漿；

（6）注漿過程中，兩注漿桶內不得出現任何“顆粒狀、片狀、線狀、條狀、帶狀”的雜物，若不慎掉進桶中應及時撈出，以免吸入缸體堵塞設備；

（7）注漿時操作人員注意觀察注漿比例和注漿壓力；若有異常現象及時停止注漿或對設備進行維修；

（8）換孔注漿，重復3～7的步驟；

（9）停止注漿，用樹脂沖洗管路和混合槍。

5．單孔注漿結束標準為：

（1）注漿擴散范圍盡可能≥1.5m；

（2）注漿過程中發現異常情況，及時停泵處理。

6．注漿注意事項：

（1）盡可能保證注漿擴散范圍，尤其高冒下部矸石加固完整，具體注漿量參數可視現場情況及注漿擴散效果進行調整；

（2）在設計的鉆孔孔位置下打孔，若現場情況有變化，可在原設計方案基礎上稍做調整，注漿孔深度可視注漿擴散效果取最佳值；

（3）注漿時采取慢速注漿。

五、施工效果

1．注漿結束后，對該處涌水量進行測定在1.3m3/h，達到良好的堵水效果，滿足堵水加固的技術要求，同時對注漿后的巖層取芯，發現圍巖的裂隙里已經被馬麗散E聚合物完全充填，并壓實粘接在一起，說明馬麗散E的粘合力已達到了預期的加固效果，同時二次滲壓提高了圍巖的抗壓、抗拉強度。

2．通過勘探鉆孔評估確認安全后，次日早班開始修復掘進，起初為了最大的安全保險起見在借鑒傳統強過處理冒空區的經驗上專門制定了詳細的修復措施，但在當日一個小班（8h/小班）即安全通過了1m的長度，頂板未顯現再次垮落的征兆，不僅再次說明了注漿的優異效果，且剛性材料支護成本大幅降低（U型棚間距1.0m，原通過后U型棚支護間距0.3～0.5m），比傳統辦法提高了近40％的效率。

六、經濟效益分析

本次注漿施工，馬麗散E共消耗5噸。充分利用馬麗散E進行封堵、加固，一次到位后不需進行多次施工，由于其反應迅速，自身抗壓能力和柔韌性的特點，能快速、有效的達到封堵和加固效果，通過加固堵水后對該段進行巷修時沒有再出現頂板冒落及淋水增大的現象，保證了巷修工作的安全順利進行，不用再進行二次施工，工期短，節約了大量的時間，同時節約了資金，也為該巷道提早調整通風系統、運輸系統創造了條件，取得了較好的經濟效益和社會效益。

通過用馬麗散E在冒頂淋水區的加固、堵水成功應用，亦為今后類似工程技術條件提供了實際經驗和理論支撐。

作者簡介：張輝元（1974-），貴州遵義人，貴州盤江精煤股份有限公司土城煤礦總工程師，高級工程師，研究方向：煤礦生產技術管理。

（責任編輯：葉小堅）