采用注漿法保護(hù)受采動(dòng)影響巷道的技術(shù)研究

祁海澤

(太原理工大學(xué) 采礦工程學(xué)院，山西　太原　030024)

·試驗(yàn)研究·

采用注漿法保護(hù)受采動(dòng)影響巷道的技術(shù)研究

祁海澤

(太原理工大學(xué) 采礦工程學(xué)院，山西太原030024)

摘要鎮(zhèn)城底礦22618回風(fēng)巷受22620采動(dòng)應(yīng)力影響，回風(fēng)巷側(cè)保護(hù)煤柱出現(xiàn)片幫、巷道出現(xiàn)底鼓，導(dǎo)致巷道斷面急劇縮小，不利于回采工作面巷道管理及維護(hù)。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，在22618保護(hù)煤樁中進(jìn)行注漿加固。介紹了注漿工藝，提出了注漿加固實(shí)施方案。通過煤體注漿加固，保護(hù)了煤柱整體穩(wěn)定性，提高了煤柱的承載能力，避免了巷道大面積變形、底鼓現(xiàn)象，阻止了有害氣體及采空區(qū)積水的侵入，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞注漿加固；保護(hù)煤柱；動(dòng)壓巷道

西山煤電股份公司鎮(zhèn)城底礦2.3#煤層南六采區(qū)22620、22618工作面相鄰，中間留有保護(hù)煤柱僅20 m.22620面目前正在正常回采，22618回風(fēng)巷已經(jīng)掘進(jìn)成型，并處在22620回采動(dòng)壓影響范圍內(nèi)。受22620采動(dòng)應(yīng)力影響，22618回風(fēng)巷側(cè)保護(hù)煤柱出現(xiàn)片幫、巷道出現(xiàn)底鼓，導(dǎo)致巷道斷面急劇縮小。針對(duì)這種不利于回采工作面巷道管理及備用工作面巷道維護(hù)的狀況，結(jié)合該礦現(xiàn)場實(shí)際情況，決定在22620工作面前方50 m開始進(jìn)行注漿加固，此次試驗(yàn)將為未來該礦孤島工作面的回采提供依據(jù)。22618回風(fēng)巷與22620皮帶巷注漿鉆孔布置示意圖見圖1.

圖1　22618回風(fēng)巷與22620皮帶巷注漿鉆孔布置示意圖

1注漿加固技術(shù)及實(shí)施原則

1.1　工藝技術(shù)簡介

注漿加固技術(shù)是利用液壓、氣壓原理，將溶劑均勻地打入到具有裂隙、層理、節(jié)理等較為破碎的結(jié)構(gòu)體中，以充填、滲透和擠密的方式，將保護(hù)煤柱連成一個(gè)整體，使得保護(hù)煤柱具有高強(qiáng)度、抗?jié)B性、高穩(wěn)定性的完整煤體，從而提高保護(hù)煤柱的物理力學(xué)性質(zhì)，使其具有整體性和高強(qiáng)度特性，滿足保護(hù)巷道的需要。

1.2　注漿工藝和操作流程

1) 注漿工藝。

a) 保護(hù)煤柱中的注漿壓力。22618回風(fēng)巷保護(hù)煤柱內(nèi)裂隙發(fā)育，通過溶液的注入、擴(kuò)散和滲透作用，形成注漿的主要?jiǎng)恿Γ鰪?qiáng)注漿后22618保護(hù)煤柱的承載能力和堵漏效果。目前，該礦采用的化學(xué)溶劑屬于真濁液，其黏度低、滲透性強(qiáng)、粒徑小，比水泥等懸濁液所需的注漿壓力要小的多。該礦選擇采用的注漿機(jī)，注漿壓力為8～12 MPa，能夠滿足22618保護(hù)煤柱的打注要求。

b) 擴(kuò)散半徑的確定。22618保護(hù)煤柱的注漿孔布孔間距和注漿壓力是擴(kuò)散半徑的主要因素。受22618保護(hù)煤柱內(nèi)裂隙發(fā)育影響，混合漿液在被注入煤柱中在各個(gè)方向的擴(kuò)散距離并不是均勻的，注漿擴(kuò)散半徑與22618保護(hù)煤柱的孔隙、注漿機(jī)的注漿壓力以及使用的注漿材料性能密切相關(guān)。該礦通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高分子化學(xué)溶劑在22620與22618工作面之間的保護(hù)煤柱中擴(kuò)散半徑為1～1.5 m.因此，該礦采用三花眼布置注漿孔，孔間距3.0 m，使高分子溶液能夠更好地?cái)U(kuò)散到保護(hù)煤柱中。

c) 22618保護(hù)煤柱內(nèi)的注漿時(shí)間。22618保護(hù)煤柱中注漿，從現(xiàn)場注漿試驗(yàn)來看，從開始注漿到漿液完全擴(kuò)散、滲透到保護(hù)煤柱中所需要的時(shí)間為12～22 min效果最佳，所以，該礦抓住注漿最佳時(shí)間，擴(kuò)散效果也是最好的。

d) 注漿順序。由于22620、22618工作面保護(hù)煤柱厚度為20 m,受采動(dòng)影響煤柱裂隙發(fā)育，該礦決定采用間隔跳孔注漿方式，減少串漿，提高保護(hù)煤柱中注漿效果。注漿工藝示意圖見圖2.

圖2　注漿工藝示意圖

2) 注漿。

a) 提前注漿。在22620工作面推進(jìn)到準(zhǔn)備注漿位置前，提前對(duì)保護(hù)煤柱進(jìn)行注漿，把松軟破碎的煤體膠結(jié)成一整體，減小22620工作面在回采時(shí)產(chǎn)生的采動(dòng)應(yīng)力對(duì)22618回風(fēng)巷的影響，保證22618回風(fēng)巷在受到22620工作面采動(dòng)影響下不出現(xiàn)冒頂?shù)葒?yán)重頂板事故。

b) 均勻注漿。保護(hù)煤柱上施工的注漿孔必須規(guī)律、均勻布置,使溶液在松散的煤體中能夠最大限度地均勻擴(kuò)散, 以達(dá)到整體加固保護(hù)煤柱的效果。

2注漿加固實(shí)施方案

2.1　注漿材料的選擇

該礦根據(jù)22618保護(hù)煤柱的類型，決定選用高分子化學(xué)加固材料美固364，這種材料由兩種組分組成，包括樹脂和催化劑，主要用于煤巖體的加固。

技術(shù)參數(shù)見表1，2.

表1　雙組分漿液性能表

表2　22618保護(hù)煤柱注漿后可達(dá)到的性能表

注：性能的測定時(shí)間為24 h

2.2　煤柱注漿加固鉆孔布置及參數(shù)

22620皮帶巷高2.8 m，距離22620工作面回采煤壁50 m開始加固煤柱，加固長度為10 m；22618回風(fēng)巷巷高3.0 m，距離22620工作面回采煤壁55 m開始加固煤柱，加固長度為10 m，煤柱厚度為20 m.

制定以下注漿加固方案。

1) 注漿孔布置方式。

a) 注漿孔位置。

根據(jù)兩巷高度，在22620巷煤柱側(cè)距離頂板0.5 m布置1排鉆孔，距離底板1.3 m布置1排鉆孔；22618巷煤柱側(cè)距離頂板0.5 m布置1排鉆孔，距離底板1.2 m處布置1排鉆孔，孔間距為3 m，兩巷注漿孔排與排之間按三花眼布置，注漿鉆孔布置示意圖見圖3.

圖3　注漿鉆孔布置示意圖

b) 注漿孔參數(shù)。

注漿孔孔徑42 mm，各注漿孔孔深6 m，兩巷上排鉆孔仰角為7°～10°，封孔深度為1.5～2 m.

c) 鉆孔。

采用ZQST65型鉆機(jī)鉆孔，根據(jù)注漿孔參數(shù)保證注漿孔的深度及角度。

d) 注漿管路連接。

注漿孔里面全接花管，外面接注射管，再接封孔器。

2) 注漿操作步驟。

a) 22618保護(hù)煤柱設(shè)計(jì)孔位。根據(jù)巷道高度及保護(hù)煤柱的力學(xué)特性，合理確定注漿方位、孔深、孔徑等基本參數(shù)。

b) 保護(hù)煤柱中注漿鉆孔方式。根據(jù)該礦現(xiàn)場實(shí)際情況，煤體較為破碎，塌孔、堵孔嚴(yán)重，直接采用自鉆式注漿管將鉆孔和注漿一體化進(jìn)行注漿加固處理。

c) 安設(shè)注射管路。在每個(gè)注漿孔中都要安設(shè)注射管和注射花管，并按照封孔深度安裝封孔器，確保溶液能夠均勻地打注到煤體中。

d) 連接注漿泵壓風(fēng)管路和注漿管路。在22618回風(fēng)巷及22620皮帶巷的施工現(xiàn)場管路連接好后必須先進(jìn)行壓漿試運(yùn)轉(zhuǎn)，并檢查和確定注漿設(shè)備及管路連接安全、可靠，在壓漿試運(yùn)轉(zhuǎn)中注意觀察、控制注漿材料的混合比，保證注漿效果。

e) 正常注漿期間：在22618保護(hù)煤柱注漿期間密切觀察注漿區(qū)域煤體變化，如若出現(xiàn)串漿、漏料現(xiàn)象，要及時(shí)停止注漿，并進(jìn)行堵漏處理。

f) 注漿停止后：經(jīng)現(xiàn)場觀察，根據(jù)注漿機(jī)的注漿壓力、注漿量與返漿情況，達(dá)到注漿要求的效果后及時(shí)確定停注，避免浪費(fèi)。

g) 換孔注漿：在上一孔注漿結(jié)束后，立即換孔注漿，為防止堵塞槍頭，拔注射槍前注漿機(jī)必須打開，并保證輸送少許單漿液。

h) 設(shè)備的清洗：在所有注漿孔注漿完畢后，必須及時(shí)清洗設(shè)備和附件，以免混合的漿液繼續(xù)反應(yīng)，造成設(shè)備的損壞。注漿加固系統(tǒng)設(shè)備及工藝示意圖見圖4.

3治理效果

通過煤體注漿，有效保證了22618保護(hù)煤柱的完整性。其綜合效果如下：

1—注射花管　2—封孔器　3—快速接頭　4—專用注射槍　5—高壓膠管　6—?dú)鈩?dòng)注漿泵　7—樹脂　8—催化劑圖4　注漿加固系統(tǒng)設(shè)備及工藝示意圖

3.1　提高圍巖體強(qiáng)度

通過注漿, 改變了22618保護(hù)煤柱的力學(xué)性能, 即提高了裂隙與煤體之間的整體性和摩擦力,增大了煤體內(nèi)部塊與塊之間的相對(duì)位移的阻力,從而提高了22618保護(hù)煤柱整體穩(wěn)定性，有效控制了22618回風(fēng)巷的穩(wěn)定，為22618工作面回采提供了有力條件。

3.2　形成承載結(jié)構(gòu)

通過向22618保護(hù)煤柱內(nèi)進(jìn)行注漿加固, 使原本較為松散的煤體重新膠結(jié)在一起, 形成有效的承載結(jié)構(gòu), 充分發(fā)揮了保護(hù)煤柱的自然穩(wěn)定能力，進(jìn)而改善賦存環(huán)境，提高巷道圍巖強(qiáng)度，形成新的承載結(jié)構(gòu)對(duì)巷道圍巖進(jìn)行充填壓密，確保22618保護(hù)煤柱能夠具有足夠的承載能力。

3.3　改善賦存環(huán)境

原22618保護(hù)煤柱較為破碎，通過向煤體中注漿，提高了22618保護(hù)煤柱的整體承載能力及其整體性能，保證了在22620工作面推進(jìn)過程中22618回風(fēng)巷不出現(xiàn)片幫冒頂現(xiàn)象。

3.4　封閉煤巖體裂隙

22618保護(hù)煤柱較為破碎的煤體通過注漿后，能夠?qū)鷰r的裂隙封閉，阻止地下水和有害氣體向22618回風(fēng)巷侵入、滲漏，從一定程度上杜絕了瓦斯和水害事故的發(fā)生。

4結(jié)束語

鎮(zhèn)城底礦在22618保護(hù)煤柱中進(jìn)行注漿加固，有效地保護(hù)了煤柱整體穩(wěn)定性，提高了煤柱的承載能力，確保了22618回風(fēng)巷在受到22620工作面采動(dòng)影響時(shí)不會(huì)出現(xiàn)巷道大面積變形、底鼓等現(xiàn)象，同時(shí)有效阻止了有毒有害氣體、采空區(qū)積水的侵入。此次試驗(yàn)為動(dòng)壓巷道的有效治理提供了參考，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[3]陳炎光,陸士良.中國煤礦巷道圍巖控制[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1994:15-50.

Technology Research on Using Grouting Method Protecting the Roadway Affected by Mining

QI Haize

AbstractZhenchengdi coal mine 22618 return airway impacted by 22620 mining stress，there is wall caving in the return airway protective coal pillar, there is floor heave in the roadway, leads to roadway section narrowed sharply, it is not conducive to the management of roadway in coal mining face and maintenance. Combines with actual situation at the scene, in 22618 protective coal pillar grouting reinforcement, the grouting technology is introduced in this paper, the grouting reinforcement scheme is put forward. Through coal grouting reinforcement, protect the whole stability of the coal body, improve the carrying capacity, avoid the large area deformation of roadway, the floor heave phenomenon, prevent the harmful gas and goaf water invasion, has the value of popularization and application.

Key wordsGrouting reinforcement; Protective coal pillar; Dynamic pressure roadway

中圖分類號(hào)：TD353

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-0652(2015)12-0016-03

作者簡介：祁海澤(1966—)，男，山西襄汾人，2014級(jí)太原理工大學(xué)在讀碩士研究生，工程師，主要從事地下采煤方面的研究工作(E-mail)250285823@qq.com

收稿日期：2015-11-02