充填體注漿補強技術研究

張書國

摘 要：充填體注漿補強，就是在建筑物下綜合機械化充填采煤技術的基礎上，對架后充填區域采用粉煤灰、水泥漿、高水材料和水分別配置相應漿體，通過注漿管道輸送到井下，最后到達工作面采空區充填區域內預埋的注漿管，適時對松散充填體加固，形成以較高密實度和強度的充填體為主的上覆巖層支撐體系，有效控制地表沉陷在建筑物允許值范圍內，實現村莊不搬遷，安全開采建筑物下遺留煤柱。該項目的成功實施，取得了較好的技術經濟效果。

關鍵詞：充填體 注漿補強 粉煤灰

中圖分類號：TD823.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0090-04

Research on strengthening technique backfill

Zhang Shuguo

（Jizhong energy Limited by Share Ltd Xingtai mine in Hebei Xingtai 054026，China）

Abstract：Backfill reinforcement，is based on the comprehensive mechanized coal mining under buildings filling technology，the backfill area using fly ash，cement slurry，high water material and water are respectively arranged corresponding slurry，transported to the underground through the grouting pipe，finally arrived at the working face goaf grouting filling area in advance buried pipe，timely loose backfill reinforcement，the formation of overlying strata with high density and strength of the filling body of the supporting system，effective control of surface subsidence in the allowable range of village，do not move，safety mining under buildings remaining coal pillar.The successful implementation of the project，and achieved good technical and economic effect.

Key Words：Backfill；Reinforcing；Fly ash

冀中能源股份有限公司邢臺礦1968年10月投產，現生產能力195萬t/年。經過40多年高強度開采，剩余可采儲量越來越少，截至2008年底，邢臺礦剩余可采儲量僅2327.9萬t，而礦區范圍內的村莊及工業廣場建筑物、斷層、沖積層下卻壓有5823萬t煤炭資源，嚴重影響著礦井的后續發展，以及周邊環境的和諧穩定。

2008年，邢臺礦與中國礦業大學合作，試驗研發了“建筑物下綜合機械化充填采煤技術”，即將地面矸石與粉煤灰等廢棄物通過投料鉆孔投放到井下，采用膠帶輸送機運送到工作面的采空區，通過自夯式充填開采液壓支架、充填開采輸送機等配套設備實現對采空區充填，以控制地表變形。截止目前，通過對7606以及7608充填體壓力監測實測效果顯示，充填開采充填體對頂板的下沉起到了一定的控制作用，取得了較好的技術經濟效果。為進一步提高充填質量，保證充填效果，以及工程質量的要求，礦研究決定在充填的基礎上，在架后充填區域進行注漿補強。根據現有充填的實際情況，水文地質條件、工程要求、原材料供應及施工成本等綜合因素考慮，礦決定選擇采用注粉煤灰、水泥漿以及高水材料對較松散充填體進行加固。使用高壓注漿泵將漿液壓注到充填體后，可以有效地把松散的矸石粉煤灰充填體粘合為一個整體。從而提高了松散充填體的完整性和密實度，增大了其承載能力，更進一步實現了對頂板和兩幫以及地表變形的有效控制。該項目的成功實施，為建筑物下綜合機械化充填開采有效控制巖層移動和地表沉陷提供了一條新的技術途徑。

1 注漿材料的選擇

因為漿液需要通過管道進行較長距離的輸送才能到達工作面充填區域，所以經過多方面因素的綜合考慮，所以我們對注漿材料要求應該是：黏度低，流動性及擴散性和可注性好，這樣的注漿材料才能快速均勻進入充填體細小裂隙內，對環境無污染，對設備管路無腐蝕性，材料來源廣泛，價格便宜，注漿工藝簡單，漿液配制方便。因此，選擇一種合適的漿液，使施工既有效又經濟是我們考慮的首要問題。我們通過對地質地層條件，水文地質條件，工程要求，原材料供應及施工成本等多方面因素的分析和考慮，礦決定選擇采用注粉煤灰、水泥漿以及高水材料對較松散充填體進行注漿加固，以進一步提高充填體強度。

2 注漿管的埋設與規格

注漿管預先在充填支架后埋設，吊在充填運輸機里面的頂網上，從運料巷或溜子道接出，與漿液輸送管路接通。根據架后充填區域的實際情況，埋設的注漿管路采用3寸的金屬管，能承受一定程度上的壓力而保持不變形，管上布置直徑20 mm的花眼，眼間距200～300 mm，五花布置，便于漿液快速均勻的擴散到充填體的細小裂隙內。管路之間用卡箍連接牢固密實。每當工作面推進15 m時，從機頭或機尾埋設一趟注漿管，邁步交叉埋設。詳見圖1。

3 技術要求

為了杜絕工作面機尾一出水就停止注漿的弊端，必須加大工作面機尾的排水能力，再加一臺大功率排水泵及配套排水管路，24 h連續注漿，停泵標準為（壓力積聚增加、充填體出渾水）。同時為了防止漿液輸送堵管事故的發生，通風科必須做到注漿加固系統和注漿防滅火系統能夠快速轉換；通風科在三軌道破頭安設泄漿三通并考慮上自動卸壓裝置；施工單位在7608注漿管路上也安設泄漿三通，當發生管路堵塞事故時，能快速在相關地點打開三通泄漿泄壓，以保證管路的暢通。

4 工作內容及分工

4.1 技術科

技術科負責注漿主要參數（濃度、壓力、流量以及布管）的制定及搜集整理，對注漿工藝及時調整，并在兩巷注漿期間安排技術人員跟班監督注漿情況。

4.2 調度室

調度室須及時準確掌握注漿進展，及時協調解決注漿過程中管路、閥蘭及各單位協調，督促相關單位配合保障。

4.3 通風科

通風科注漿組20日內與中礦聯系完善漿液濃度自動化控制系統，在注漿過程中，必須保證和控制粉煤灰的濃度，不能超過55%，在注漿站輸漿管口安設壓力表；嚴格按技術科要求開始、停止注漿工作。

4.4 地測科鉆機組

鉆機組必須盡快熟悉雙液注漿泵的使用方法，保證高水材料A、B兩種漿液在機尾混合進入充填空間，并杜絕堵管事故；兩單位每班必須由完整的注漿記錄，并及時報技術科、調度室。

4.5 生產單位

生產單位必須加大工作面機尾的排水能力，杜絕機尾一出水就停止注漿，必須放專人（副班長以上）盯著井下注漿點的流量表與壓力表，做好當班記錄，現場交接班；當達到必須停泵標準時，及時電話聯系地面注漿站停泵；如發生異常情況，及時向相關領導匯報并做好詳細的記錄，按技術科設計要求及時鋪設兩巷注漿管路，并及時外運和改管，且負責流量計和壓力表的完好、準確。

5 注漿管路堵塞處理應急預案

當井下注漿壓力表出現壓力急聚上升等堵管征兆時，生產單位觀測人員首先通知井上注漿站，停止投料；再通知調度室、突擊小組。當調度室接到堵管事故后，立即通知值班領導、注漿管防堵指揮部并由總指揮組織搶修疏通管路。接到通知后，指揮部所有成員必須在20 min內到達礦調度室并由指揮部主任介紹事故情況；指揮搶修管路工作。突擊小組當接到井上注漿站停泵通知時，可直接組織小組成員到注漿管路的指定位置（三軌道破頭、7608工作面）開啟泄漿三通。由領導小組安排相關人員查明堵管原因，采取相應措施直至管路暢通。如圖2所示。

6 注漿統計及效果

從2010年4月12日截止到8月末，7608充填工作面風巷、溜子道各埋設12根管路，累計注水泥漿141 t，注粉煤灰15844 m3，注高水144 t。

根據7608充填工作面充填體實測監測數據記錄顯示，由于工作面對充填體注水泥漿和粉煤灰加固作用，得出結論：注漿后周期來壓步距比注漿前明顯有所延長，分析認為，注漿材料對頂板起到了抑制作用。注漿之前來壓周期平均為37.1 m，注漿后來壓步距增為41 m，周期來壓步距同比延長了10%。可見，對架后充填區域采用注漿補強，明顯改善了充填工作面的壓力顯現，加強了充填工作面頂板的變形控制。

下表為8月份7608工作面注漿統計數據（如表1）。

通過我礦技術人員和施工單位的共同努力，成功的實施了充填體的注漿補強。該技術有效的解決了充填體存在的充填不接頂，不均勻，強度低，充填體養護齡期長，整體性差等技術性難題，進一步的提高了充填體的密實度和強度，實現了對頂板和兩幫變形以及地表沉陷的控制。粉煤灰作為井下注漿材料，可大大減少地面粉煤灰的排放量，降低了對環境的污染和排放費用。該技術的使用在我國尚屬首次，經濟效益和社會效益十分顯著。

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