新型化學材料在立井過斷層破碎帶治理片幫中的應用實踐

【摘 要】本文介紹我礦千m立井井筒在穿越斷層破碎帶掘砌施工過程中，應用賽福特、固幫特等一系列新型化學材料快速密閉井壁大模板后較大片幫空間，充填加固松散、破碎井幫圍巖，進一步改善現場安全支護條件，保證施工現場安全和混凝土井壁的支護質量。

【關鍵詞】化學材料；斷層破碎帶；充填加固；快速密閉

1 現場問題提出

山東雙合煤礦有限公司副井井筒設計凈直徑6.0m，井筒累深1117.8m，根據掘砌現場實際揭露，工作面受井田范圍內DF18（落差0～45m、走向NW、傾向NE、傾角70°、延展長度2.65KM）導水斷層破碎帶的影響較為嚴重。

2012年4月5日在井筒累深掘進至899.6m（基巖段第168模）位置時揭露斷層破碎帶泥巖，現場正西側井壁內徑輪廓線外延伸4m，自第167段模板刃腳處向下2m高，長9m范圍內圍巖松動易碎，并伴有涌水，實測現場涌水量3m3/h，水溫40℃，人工清除泥渣后，采用整袋PO42.5水泥充填片幫空間，鋪設兩路導水管引水后立模澆筑混凝土。

4月6日基巖段第169模段放炮、出矸1.2m后正西方向發生與上一模類似情況，片幫范圍內泥渣不斷由上部垮落。隨著澆筑商砼時間的拖延，片幫有向第168模段已砌筑完成的井壁后部破碎泥巖繼續擴大的趨勢。現場有關工程技術人員及領導會議決定采取在設計荒徑之外堆砌成袋PO42.5水泥充填封堵片幫位置，阻緩破碎帶泥巖垮塌速度，進而由168模上口對抽幫空間注水泥漿液充填。

截止4月10日完成對168模和169模壁后的注漿充填，如圖1。

注漿充填工序進行過后，對第169模段清淤后放炮、出矸發現原片幫口左側井幫由于受迎頭積水浸泡及炮震的影響不斷冒落，形成寬約5m，平均深度2m，高度4m的抽幫空間，現場及時采取了井圈（規格：R=3750mm）配合斜撐鉆桿、錨網支護控制抽幫口仍不能達到安全施工的要求，上部充填水泥袋和破碎圍巖仍然不斷垮落，嚴重威脅井下生產工人的人身安全。

施工現場如圖2。

2 施工采用新型化學材料的基本參數

2.1 SF-1賽福特快速密閉材料是一種由A、B兩種化學材料通過快速混合接觸反應后生成的氣膠結合高分子復合泡沫，其雙料組分在反應過程中，發泡速度快、倍數高，能及時、快速充填空洞，并具有一定的承壓能力，有良好的柔韌性，固化后不易粉碎、不易脫落。通過調節兩種組合適分配比可以實現發泡充填密閉片幫圍巖的目的。

2.2 固幫特圍巖加固材料是一種由A、B兩種化學材料通過混合接觸反應后生成的高分子復合材料，兩種材料反應速度較慢，流動性較好，滲透性好，能滲入到破碎泥巖的細小裂縫中，與巖體附著力強，粘結力大，固化后有一定的韌性，抗壓強度大，耐沖擊。

3 解決問題方案的制定

根據施工現場面臨的嚴峻條件，結合新型化學材料的各項參數特征制定施工方案如下：

首先，為井下施工人員創造一個安全的施工環境，決定采取賽福特快速密閉材料對片幫口進行快速密閉，并利用下部井圈和上部井壁作為支撐點形成阻隔，防止壁后抽落的破碎圍巖繼續塌落進入設計荒徑，威脅井下人員的安全。

其次，利用較慢反應速率的賽福特密閉充填材料對不斷片幫形成的空間進行充填、背幫、接頂，控制圍巖的進一步垮落。

再次，利用固幫特加固材料對底部被快速密閉阻隔在荒徑外的圍巖進行注漿，超前加固，為下一步掘進形成的良好圍巖條件。

最后，設計井壁厚度范圍內增加鋼筋，并增設穿鞋帶帽鋼管對169模上部已澆筑井壁進行支撐，防止井壁下沉。如圖3所示。

4 施工步驟

施工材料的準備和設備安裝：

（1）利用井筒吊筒運送SF-1賽福特等一系列新型化學材料至工作面，原傘鉆壓風管供風作為動力，連接好ZBQS系列煤礦用氣動雙液注液泵，分別將2根吸液管連接好插入A、B料筒內，兩根輸排管連接在注射槍上；

（2）將材料設備準備好后檢查管線連接狀態，符合要求后對抽幫處噴涂賽福特進行快速密閉；

（3）調整賽福特A、B料的吸液濃度配比，對壁后破碎圍巖抽落區進行充填接頂；

（4）利用注漿管對井幫底部破碎圍巖內部注入固幫特進行強度加固；

（5）設計井壁厚度范圍內增加鋼筋，并增設穿鞋帶帽鋼管對169模上部已澆筑井壁進行支撐，防止井壁下沉，并及時澆筑混凝土進行永久支護。

5 結束語

對比前期揭露導水斷層破碎圍巖時采用的傳統水泥注漿充填加固方式及后續對破碎帶片幫區域采用的新型化學漿液使用效果來看，新型化學材料受工作面導水影響小，具有良好的可注性，現場操作施工簡單，支護效果明顯，大幅度的節省工期。在本次受導水斷層破碎帶影響較為明顯的立井井筒掘砌施工過程中，新型化學材料具有施工工藝方法及操作設備簡單、易維護，現場操作工人勞動強度低，化學反應時間迅速，加固和快速密閉效果明顯的諸多優點，在我礦立井井筒過斷層破碎帶治理片幫施工過程中的成功實踐再一次證明了新型化學材料可作為礦山施工過程中安全、快速穿越復雜地質地段的重要綜合手段。

【參考文獻】

[1]陳剛，姚智，崔建.化學漿液在煤礦立井井壁堵水中的應用[J].中國科技博覽，2013（12）.

[責任編輯：湯靜]