譚坪礦遠距離輸送注漿工藝的實踐應用

管仁威

（山西焦煤霍州譚坪煤電有限責任公司，山西 霍州 031400）

1 工程概況

譚坪礦位于山西鄉寧礦區，一期工程設計生產能力4.0Mt/a，配套建設同等能力的選煤廠。礦井一期投產時在工業場地開鑿主井、副井、中央風井三個井筒，井下布置一個大采高綜采工作面，井下煤炭運輸采用帶式輸送機，輔助運輸采用無軌膠輪車。在開采過程中，由于該礦井深大，圍巖軟弱、破碎、松散、膨脹、地壓大，巷道以往采用的錨網支護技術效果不佳。在煤礦的行人運輸巷道中在錨網支護的基礎上必須使用鋼管混凝土支架復合支護作為二次支護。鋼管混凝土支架復合支護工藝的施工工序為：擴斷面→錨網支護→安裝支架→充填→灌注混凝土→噴漿→壁后注漿。壁后注漿為鋼管混凝土支架復合支護的最后工序，通過注漿將深部圍巖與淺部圍巖加工成整體，該工序的操作為該支護的關鍵工序，關系著鋼管混凝土支架的質量與使用壽命。在該壁后注漿工序過程中的注漿需求量達5～6.5t/m，但是以往采用的是就近注漿辦法，會受到水泥運輸能力和注漿泵泵送能力的控制影響，導致注漿工程有相應的滯后性，降低了圍巖注漿加固的應用效果。

為解決因水泥運輸能力和注漿泵泵送能力而導致的注漿不及時問題，對譚坪礦進行了遠距離輸送地面注漿技術的實踐應用研究。通過在地面注漿站進行制漿，再通過遠距離輸送后完成鋼管混凝土支架復合支護工藝中的壁后注漿工序。該技術有效地提高了復合支護工藝中的注漿效率，有效地保障了行人運輸巷道的圍巖穩定性。

2 遠距離輸送地面注漿技術的試驗巷道分析

為保障第一次遠距離輸送地面注漿技術的試驗效果，試驗地點確定為譚坪礦主暗回風三聯巷。該巷道是聯接回風斜井與北翼主暗斜井的第三條聯絡巷。該巷道的埋深較大為1010m，圍巖軟弱、破碎、松散、膨脹、地壓大，巷道的作用為煤料通道和行人通道，該巷道的服務年限較長必須保障其安全性。經技術部門考察研究，必須對該巷道使用鋼管混凝土支架復合支護作為二次支護，才能有效地降低巷道的維修頻率，提高安全性，保障服務年限。針對該巷道的實際情況，設計鋼管混凝土支架的參數如下：直徑d=4.1m的圓箍，巷道支護長度l=50m，經計算混凝土注漿量為300t。按譚坪礦以往井下注漿工藝的注漿效率來計算，需要45d才能完成該工程的壁后注漿工序，這會降低鋼管混凝土支架的質量，因此在主暗回風三聯巷的鋼管混凝土支架復合支護工藝施工過程中采用遠距離輸送地面注漿工藝是非常有必要的。

3 遠距離輸送地面注漿技術的設計方案

根據該礦主暗回風三聯巷鋼管混凝土支架復合支護工藝的實際情況，設計了遠距離輸送地面注漿技術的整體方案。該技術工藝共分為地面制漿系統部分、管路輸送系統部分和井下注漿系統部分三部分，下面逐一對相關結構進行分析。

3.1 地面制漿系統

地面制漿系統工藝流程設計如圖1所示，主要包括水泥罐、造漿系統和制漿控制系統。水泥罐為4個50t一體立式罐裝水泥儲存罐；造漿系統由皮帶機、高位水池、NL20型制漿機、蓄漿池、泥漿泵、除砂器、精漿池、攪拌機等組成，該制漿系統最大生產能力15m3/h；制漿控制系統采用PLC控制系統，計算機綜合控制柜可以采用電腦自動控制，對地面制漿系統的生產流程進行控制和管理，并實時顯示所有的數據，可以通過變頻調速螺旋機來實現制漿設備的自動調節，通過對現場數據的采集處理實現對制漿過程的全程跟蹤控制。

圖1 地面制漿系統工藝流程示意圖

3.2 管路輸送系統

主暗回風三聯巷道的埋深達1010m，注漿壓力≥5.5MPa，注漿管路選擇抗壓≥11MPa的高壓管路。注漿管路的布置方案：注漿孔1#、2#→注漿孔通道→1013運料巷→1013邊眼→1013運輸巷→1014邊眼→主暗斜井→主暗回風三聯巷。鋪設兩趟4PS-35MPa-76mm型高壓無縫鋼管，同時在變坡拐彎點設置有閥門及壓力表，用來對注漿管道進行壓力檢測。

3.3 井下注漿系統

該鋼管混凝土支架復合支護工藝壁后注漿工序中，基于注漿量大、注漿壓力大的實情，設計采用深孔和淺深孔交叉式排式布置的方案，同時采用多次注漿方法。具體設計參數為：深孔孔深8.5m，淺孔孔深3.5m，排距5.5m，每排設計布置注漿孔5個，間距1.9m。注漿孔的具體分布情況如圖2所示。

圖2 淺深注漿孔布置示意圖

工程施工時，先對淺孔進行施工作業，完成注漿施工后，再對深孔進行打眼作業，繼而下長度l=1500mm的四分管，保障注漿管下管的外露長度≤50mm。同時要對注漿管口絲扣處進行有效的清理，保障其完整性和衛生干凈。

井下注漿系統的設計方案：地面制漿系統每0.5h工作一次，可制漿4m3；利用漿液自流和注漿分流器來實現壁后注漿作業。

遠距離輸送地面注漿技術方案形成后，經多次試驗進一步完成了注漿工藝的優化，確定了如下的技術措施：（1）地面制漿系統中水泥漿水灰比控制為1:0.8；（2）為保障注漿管路的安全，調整地面制漿時間為每0.4h，制漿量4m3，同時采用人工方式確認制漿的時間和方數。

4 現場試驗效果分析

在譚坪礦主暗回風四三巷鋼管混凝土支架復合支護工藝壁后注漿工序當中，遠距離輸送地面注漿技術方案的應用效果明顯，僅用5d時間就完成了該巷道所有設計方案中的淺孔和深孔的注漿作業，將以往傳統注漿需要40d工期的工程縮短為5d。從注漿效果來看，該注漿技術因注漿時間非常短，注漿效果非常理想，同時注漿效率也非常高。從該巷道的二次支護情況來看，圍巖穩定性較好，無形變現象發生，有效地提高了鋼管混凝土復合支架的質量，對保護該巷道的支護安全起到了關鍵作用。

5 結論

針對譚坪礦主暗回風三聯巷的工程實況，鋼管混凝土支架復合支護工藝壁后注漿工序采用了遠距離輸送壁后注漿技術方案。該技術有效地消除了水泥運輸能力和注漿泵泵送能力對注漿效果的影響，將施工工期從40d縮短為5d，注漿效率和注漿效果都非常理想，有效地保障了該巷道鋼管混凝土支架復合支護的質量，提高了巷道圍巖穩定性，為實現高產高效安全開采奠定了基礎。