13162上巷超前注浆加固技术应用实践.pdf

362019 年第 2 期 13162 上巷超前注浆加固技术应用实践 李心愿 张 露 （河南大有能源股份有限公司石壕煤矿，河南 三门峡 472100） 摘 要 石壕煤矿 13162 工作面上巷掘进需要穿过多条空巷，空巷内支护早已失效，顶板完全冒落，存在有毒有害气体。 针对此问题，提出在掘进工作面迎头提前打孔注浆加固冒落区的方案，明确了注浆钻孔的设计、注浆材料的性能、施工工 艺流程、注浆效果等内容，为类似巷道掘进支护难题提供了经验基础。 关键词 掘进 超前 注浆 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2019.02.015 Application and Practice of Advanced Grouting Reinforcement Technology in 13162 Upper Roadway Li Xin-yuan Zhang Lu Shihao Coal Mine of He’nan Dayou Energy Co., LTD., Henan Sanmenxia 472400 Abstract The roadway driving in 13162 working face of Shigou Coal Mine needs to pass through many roadways. The support in the roadway has already failed, the roof completely falls down, and there are toxic and harmful gases. Aiming at this problem, the scheme of pre-drilling and grouting in front of the heading face to reinforce the caving area is put forward, and the design of grouting boreholes, the perance of grouting materials, the construction process and grouting effect are defined, which provides the experience basis for similar roadway excavation and support problems. Key words driving advanced grouting 收稿日期 2018-06-30 作者简介 李心愿 , 男，河南开封人，汉族，2007 年毕业于河南 理工大学采矿工程专业，目前在河南能源义煤公司石壕煤矿探放 水队工作，助理工程师。 石壕煤矿隶属于河南大有能源股份有限公司， 回采工艺为综采放顶煤，掘进工艺为沿底托顶煤掘 进。13162 工作面上巷掘进工作面前方有多条空巷 且空巷内支护早已失效，顶板完全冒落，内有有毒 有害气体，给掘进和支护工作造成安全隐患。 根据工程实际状况，排除化学材料和水泥 - 水 玻璃注浆材料，选用无机矿粉材料在迎头提前打孔 加固冒落区域。 1 工程概况 石壕煤矿 13162 工作面煤层厚度 26m，平均 3m 左右，采用走向长壁、后退式综合机械化放顶 煤工艺，工作面回采巷道采用“U”型布置方式。 巷道掘进采用沿底留顶煤，巷道为 3.62.5m 矩形 断面，工字钢棚支护。矿区内原小煤窑遗留大量空 巷，如图 1 所示。由于空巷内存在大量瓦斯，高分 子材料聚集发热易导致着火甚至瓦斯爆炸事故。空 巷错综复杂相互贯通，水泥 - 水玻璃材料现场配比 很难控制，且强度增长缓慢，工期难以满足要求， 最终选用无机矿粉注浆材料超前加固，其成本低， 用料少，早期强度高，施工工艺简单。 2 注浆方案 2.1 注浆钻孔布置 图 1 注浆钻孔布置示意图 根据现场打钻实际情况，成孔最大深度在 6m 左右，设计孔深 6m，上排三个孔，仰角 40，孔 间距 1.3m，孔径 38mm。 372019 年第 2 期 孔内插入四分钢管作为注浆管，每节 2m，共 3 根，第三根为花管。 2.2 注浆顺序 为防止注浆过程中串孔，注浆顺序为 1、3、2、 4、5，其中 1、2、3 为注浆孔，4 和 5 作为验证孔， 如注浆效果不佳可利用验证孔进行补注。 3 注浆材料及施工工艺 3.1 注浆材料 此次注浆采用的注浆材料为双液注浆材料，是 一种新型双液无机矿粉注浆材料，具备不自燃、无 毒、无腐蚀、无污染特性，是完全环保型注浆材料， 是一种快凝、早强型注浆材料，同时也具备较强的 可注性，较为适合巷道破碎围岩、采掘工作面注浆 加固需要。主要性能如下 （1） 两种材料分别与水按照11混合搅拌制浆， 浆液在混合前，6h 内浆液不凝固、不泌水、不沉淀； （2）两种浆液混合后，05min 失去流动性， 515min 完全固化； （3）1h 煤 体 固 结 抗 压 强 度 5.25.8MPa， 抗 剪 强 度 1.31.7MPa；4h 煤 体 固 结 抗 压 强 度 8.510.1MPa，抗剪强度 1.61.9MPa；8h 煤体固结 抗压强度 11.812.9MPa，抗剪强度 2.52.8MPa；粘 结强度 2MPa 以上； （4）浆液在 0.521 水灰比下浆体结石率可达 100； （5）浆液扩散范围广，扩散半径可达 25m， 可注性较好； （6）试样 2h 的强度能达到 815MPa 以上。 3.2 注浆系统 注浆系统如图 3 所示，系统有两个型号 QB260 气动搅拌桶，两个盛浆桶（可以采用废油桶加工）， 一台型号 2ZBYSB50/19 双液注浆泵，以及相应的 管路和混合器组成。 图 3 注浆系统示意图 3.3 封孔方法 钻孔施工后插入四分钢管，钢管用接箍连接， 首节钢管两段缠绕适量棉纱。封孔的目的是为了防 止在注浆时孔口漏浆，导致注浆效果不佳，封孔效 果直接影响注浆加固效果，封孔方法如图 4 所示。 图 4 注浆封孔示意图 3.4 注浆参数调整 正常注浆水灰比 11，煤壁漏浆严重时可适当 降低水灰比，最低控制在 0.71，达到速凝堵漏的目 的；反之，可适当增大水灰比，最高控制在 21， 达到节约材料，增大注浆半径的目的。 注浆压力是影响注浆效果的关键参数之一，一 般情况下注浆压力 68MPa，围岩破碎、漏浆严重 时可适当减低注浆压力，可调整为 46MPa。 4 施工组织管理 4.1 人员组织管理 （1）每班注浆施工需要 4 人作业，注浆泵需 2 人搅拌制浆，1 人负责注浆泵操作，1 人负责观察 注浆过程； （2）施工人员应佩戴护具，防止吸入粉料以 及浆液溅入眼睛产生伤害； （3）所有施工人员不能远离自己岗位，注浆 泵操作人员负责看护注浆泵， 调整注浆压力和泵速； 注浆看护人员要观察注浆泵是否吸浆，出现问题及 时反馈调整； （4）交接班时需进行现场技术交底，把设备 使用情况、注浆情况、材料性能等交代清楚。 4.2 施工组织管理 （1）间隔打注浆孔，减小串孔概率； （2）注浆压力、泵速（流量）根据注浆情况 及时调节，一般采用先小后逐步增大的方式； （3）当遇到漏浆情况时，采用间歇停注浆泵 并采用棉纱或者棉纱蘸取封孔材料的方式在漏浆口 进行堵漏； （4）高压注浆胶管和注浆钢管必须采用链条 或铁丝固定至巷帮上，以防止输浆管路与注浆管的 接头脱扣伤人； （5）拆卸管路或更换注浆孔应遵循先泄压后 拆卸的顺序，防止高压喷射伤人； （6）本班注浆工作结束后，对搅拌桶、注浆泵、 （下转第 40 页） 402019 年第 2 期 注浆管路进行认真清洗，并对材料、设备、管路进 行归置。 5 结语 （1）根据 13162 工作面上巷现场实际状况， 采用新型无机矿粉双液材料进行注浆加固，冒落 区煤矸混合体在材料作用下胶结，顶煤强度及完 整性大大提高，有效解决了托顶煤掘进的难题。 （2）针对施工过程中出现的漏浆问题，采取 间隔打孔、间歇注浆、控制材料水灰比及泵速、棉 纱封堵等方法，有效解决了漏浆问题，积累了丰富 的施工经验。 （3）注浆加固后，掘进施工未发生顶煤冒落 事故，确保了巷道有效断面，保证快速掘进。 （4）矿区类似工程情况较多，此次注浆实践 积累了丰富的技术和施工经验，创造了良好的社会 （上接第 37 页） （4）洗管首先把放气按钮按下，然后关闭 进口球阀，最后打开出口球阀。依次按上述方式重 复两到三次，这样就可以使二氧化碳致裂器内的二 氧化碳大部分放出，然后再关闭出口球阀。 （5）充装把出口球阀关闭后，按下增压按钮， 直到致裂器装满时机器便会自动停止充装工作。致 裂器充装完成且机器停止工作后，使用内六角扳手 把致裂器的充装球阀关闭，然后关闭充装的进口球 阀，最后再打开出口球阀将多余气体放出。 （6）测试密封性分别把致裂器装置上的充 装阀和释放头放置于水中， 并在水下保护10s左右， 没有气泡冒出时说明密封性良好；如有气泡冒出时， 必须将致裂器两端的充装阀和释放头重新扭紧，按 上述的要求再进行一次测试密封性，直到没有气泡 冒出合格为至。 3.3.3 放炮 （1）把致裂器插入致裂孔中，并将泄放头 DC 插头线剪断，把两个线缠在一起，并用绝缘胶 布缠好。 （2）将所有致裂器的插头线用导线连接好， 用黄泥封孔后与 FD200XSB 型晶体管发爆器连接 起爆。 3.3.4 回收 （1）将回收并可再次使用的二氧化碳致裂器 安装并固定在拆装机钳口上，然后将致裂器的充装 阀的一头插入到拆装机的机头里，按照顺时针的方 向拧开急停按钮，最后按下启动按钮以便使拆装机 开始工作。 （2）按住夹紧按钮从而使压力值上升到 10MPa 以上，然后放开夹紧按钮。再按住拆卸按钮， 并把拆卸按钮旋转一到两圈后，最后松开拆卸按钮。 （3）按住松开按钮，直到最后将致裂器拆掉。 （4）重复步骤（2）。 （5）清理干净致裂器内部的残渣，然后就可 以重复使用。 4 爆破效果 爆破后掘进工作面无火药味及炮烟，经现场测 定工作面二氧化碳含量与未爆破前相比无明显的上 升。一次能爆破 35.14m3，与传统的炸药爆破相比， 一次爆破量提高了 8.11m3。二氧化碳致裂器可重复 利用，爆破的成本非常低。采用该种爆破技术爆破 的安全性将大大提高。 【参考文献】 ［1］ 聂政 . 二氧化碳炮爆破在煤矿的应用 [J]. 煤炭技 术，2007，26（08）62-63. ［2］ 杜泽生，范迎春，薛宇飞，等 . 二氧化碳爆破采 掘装备及技术研究 [J]. 煤炭科学技术，2016，44 （09）36-41. 经济效益，推广前景广阔。 【参考书目】 ［1］ 周心权 . 煤矿采空区自燃防治和应急处置能力提 高的建议 [J]. 煤炭科学技术，2013，41（09） 151-153. ［2］ 张勇利，张喜娟 . 巷道破碎围岩加固技术应用与 实践 [J]. 煤炭与化工，2014，37（12）13-16. ［3］ 王若帆，张科学，神文龙，等 . 注浆加固对深部 巷道围岩应力集中的控制研究 [J]. 煤炭技术， 2016（01）65-68. ［4］ 卢海超，何涛，张兆威 . 综放工作面联络巷密闭 墙合理参数确定 [J]. 煤炭技术，2014，33（10） 118-119. ［5］ 徐香庆 . 松软破碎围岩巷道注浆加固技术应用及 效果分析 [J]. 煤炭工程，2012，（07）29-31. ［6］ 刘泉声，卢超波，刘滨，等 . 深部巷道注浆加固 浆液扩散机理与应用研究 [J]. 采矿与安全工程学 报，2014（03）333-339.