綜采工作面停采線破碎煤體注漿加固技術(shù)

1、綜采工作面停采線破碎煤體注漿加固技術(shù)溫耀軍,張弛,王曉溪,金志遠(yuǎn),程敬義(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,礦業(yè)工程學(xué)院,江蘇 徐州 221008 摘要:興隆煤礦 S1201工作面停采線煤層松軟破碎, 煤體穩(wěn)定性差。 為提高停采線煤柱的穩(wěn) 定性, 利用化學(xué)漿液對(duì)煤體進(jìn)行加固, 改善了圍巖的力學(xué)性質(zhì), 為工作面的安全快速回撤和 煤柱的長(zhǎng)期穩(wěn)定提供了有利條件,為礦井高產(chǎn)高效提供了一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)。關(guān)鍵詞:停采線;破碎煤體;注漿加固中圖分類號(hào):TD823Technology of Fractured Coal Grouting Reinforcement at Stop Line of Fu

2、lly Mechanized FaceWen Yaojun, Zhang Chi, Wang Xiaoxi, Jing Zhiyuan, Cheng Jingyi(State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety, School of Mines, China University of Mining & Technology, JiangSu XuZhou 221008Abstract: The coal bed is soft and broken and the coal body is unstable of S120

3、1 mining coal face in Xing Long mine. It improves the stabilization of the coal pillar at stop line and the mechanical properties of roadway surrounding rock, that grouting reinforcement by chemical pulp to coal body. And it provides favorable conditions for security and fast withdrawing mining face

4、. It also provides a practical technology for high production and high efficient mine.Keywords:stop line; fragmentized coal body; grouting reinforcement1 工程概況興隆煤礦 S1201工作面走向長(zhǎng) 920m ,傾向?qū)?280m ,煤層厚度為 5.716.15m ,平均 5.85m ,整體為向西傾斜的單斜構(gòu)造,坡度 05°,平均坡度 3°,由于工作面煤層結(jié)構(gòu)受到 較嚴(yán)重的擾動(dòng)破壞,煤體穩(wěn)定條件較差,須進(jìn)行固化處理,以提高其穩(wěn)定

5、性。2 治理方案2.1 工作面兩側(cè)煤體加固采取預(yù)注化學(xué)漿方法對(duì)近停采線部位中上部破碎煤體進(jìn)行加固, 加固范圍為自停采線前 后 20m 寬度。(1注漿孔布置注漿采取長(zhǎng)段預(yù)注漿方法:如圖 1所示, 在膠帶順槽和回風(fēng)順槽均自停采線位置起前后 以 4m 間距布置 6個(gè)注漿孔,孔深為 50m 。 圖 1 S1201工作面固煤注漿布孔示意圖Fig. 1 Layout of solid coal hole grouting in S1201 minging coal face(2注漿孔布孔位置膠帶順槽和回風(fēng)順槽注漿孔布置于距頂板間距 1.5m 位置(如圖 2所示。 圖 2 兩順槽注漿布孔示意圖Fig. 2

6、Layout of grouting of hole in two roadways(3注漿孔角度 (a 回風(fēng)順槽 (b 膠帶順槽圖 3 注漿孔角度示意圖Fig. 3 Layout of angle on grouting holes(4注漿孔及孔口管采用 94mm 鉆頭鉆孔,為便于在巷道內(nèi)施工,鉆桿長(zhǎng)度以不長(zhǎng)于 2m 為宜;孔口管用 材要求采用 108mm 鋼管(帶法蘭盤,長(zhǎng)度 4.5m 。為增加外壁摩擦阻力,孔口段外壁要 作必要的粗糙處理(處理段長(zhǎng)不小于 1m ,且置入時(shí)纏繞麻絲與煤壁緊密接觸。(5注漿材料消耗停采線兩巷破碎煤體預(yù)注漿消耗主劑材料(脲醛樹脂分別為 100t 和 100t 。

7、破碎煤層 裂隙微小,連通性較差,為取得預(yù)想的固煤效果,采用 CN95漿液,原材料購(gòu)置價(jià)格在 0.6萬(wàn) /t左右,結(jié)石強(qiáng)度可以達(dá)到 3.04.5Mpa 左右,用于工作面破碎煤加固,該強(qiáng)度完全可以 滿足要求。為保證注漿效果,在回風(fēng)順槽注漿孔 20米范圍內(nèi)注水泥漿,以保證脲醛樹脂能 達(dá)到 50米范圍,注漿需消耗 425#水泥 30噸 1-2。2.2 工作面中間段煤體加固S1201工作面在收尾過(guò)程中,開始割最后三刀煤前, 在工作面中間段 180米范圍如果頂 板破碎,注瑪麗散加固煤體,打孔深度 3米,孔間距 3米,消耗瑪麗散注漿材料 20噸。如 圖 4所示。 圖 4 工作面中間段煤體加固示意圖Fig.

8、4 Layout of coal seam reinforcement in the middle section of minging coal face3 施工工藝要點(diǎn)3.1 套孔注漿為提高漿液在煤層微裂隙中的滲透擴(kuò)散效果, 保證漿液的膠結(jié)強(qiáng)度, 由此必須保證必要 的注漿壓力條件,兩側(cè)煤巷預(yù)注漿孔均采取分段套孔注漿方法,注漿分段長(zhǎng)度初步設(shè)計(jì)為 20m 。 即首段先按成孔 20m , 裝入孔口管后進(jìn)行注漿, 待壓力升高后停注, 然后再套孔鉆進(jìn), 在首注段長(zhǎng)基礎(chǔ)上延伸 20m 成孔,并進(jìn)行第二段注漿,待壓力升高后停注,然后再套孔進(jìn) 行第三段注漿。各段注漿均依次較前段套孔延伸 20m 進(jìn)行(在前

9、段注漿孔成孔深度基礎(chǔ)上 套孔延伸 20m 進(jìn)行注漿,直至達(dá)到設(shè)計(jì)注漿深度。3.2 壓力控制考慮到預(yù)注漿段長(zhǎng)度較大,且注漿管路較長(zhǎng),實(shí)際施工取 10.0MPa 作為終孔壓力。注 漿過(guò)程中的注漿壓力水平控制要求為:孔深 20m 以內(nèi)的孔口壓力保持不低于 5.0 MPa, 20 m 以上的孔口壓力保持不低于 10 Mpa。為提高漿液在微細(xì)裂隙中的擴(kuò)散、充填效果,通過(guò)加大漿液粘度變化幅度(0.5cp /min 5cp/min 范圍和延長(zhǎng)漿液的膠凝時(shí)間(幅度控制在 540min 范圍適當(dāng)調(diào)節(jié)漿液的聚 合速度 2-3。3.3 首注段施工破碎煤層固結(jié)是裸層注漿, 因缺少止?jié){層, 第一段注漿時(shí)很容易出現(xiàn)煤壁跑

10、漿現(xiàn)象。 從 注漿過(guò)程控制、提高注漿固煤效果角度考慮,各個(gè)注漿孔首注段的注漿效果十分關(guān)鍵。 為嚴(yán)格控制漿液浪費(fèi), 施工時(shí)要求孔口管止?jié){嚴(yán)密, 注漿時(shí)要采取間歇式低壓注漿方法, 盡可能在外層形成良好的止?jié){層。 如出現(xiàn)迎頭跑漿嚴(yán)重情況, 可及時(shí)將第一段注漿段長(zhǎng)改為10m ,以保證低壓注漿條件下漿液的擴(kuò)散效果。只有如此,才能在深部實(shí)施高壓注漿,以加大漿液的擴(kuò)散范圍 4-6。3.4 漿液擴(kuò)散范圍布孔方案主要著眼于漿液擴(kuò)散效果,設(shè)計(jì)要求漿液擴(kuò)散半徑能達(dá)到 3m 以上,以保證相鄰注漿孔漿液擴(kuò)散能夠形成交圈。 依據(jù)此布孔方案進(jìn)行施工, 估算單孔注入的漿液在頂板形成的固結(jié)層厚度最低可以達(dá)到 3m ,兩側(cè)擴(kuò)散范

11、圍能夠達(dá)到 23m ,這樣可以保證頂板破碎煤體得到有效固結(jié) 5-7。3.5 注漿順序考慮到煤體孔-裂隙微細(xì)且連通性較弱, 為提高漿液在煤體中的擴(kuò)散滲透效果, 兩側(cè)煤巷預(yù)注漿均采取由里向外的方向依次布孔, 注漿時(shí)采取先兩側(cè)、 后中間的注漿次序, 這樣利于保障中間 2個(gè)注漿孔的注漿壓力。4 施工準(zhǔn)備、組織及施工工藝流程4.1 施工準(zhǔn)備注漿在井下進(jìn)行,施工前必須充分做好注漿施工的準(zhǔn)備工作。(1現(xiàn)場(chǎng)料場(chǎng)建立現(xiàn)場(chǎng)注漿材料專用料場(chǎng),料場(chǎng)要求無(wú)淋水、無(wú)積水,無(wú)其他雜物堆積,并盡量與施工場(chǎng)地、拌料場(chǎng)距離近,便于裝卸。(2攪拌場(chǎng)地?cái)嚢鑸?chǎng)地最好設(shè)于工作面, 注漿泵選擇工作面適當(dāng)位置安置, 施工過(guò)程中盡量不要頻繁挪

12、動(dòng)。 要盡量做好注漿器具的維修、 改造, 備足注漿器材。 注漿泵乙液泵及其附件易受腐蝕,要進(jìn)行改造,并備足配件。(3作業(yè)平臺(tái)在膠帶順槽作業(yè)時(shí),需在皮帶架上搭設(shè)平臺(tái)。平臺(tái)搭設(shè)使用 2寸鋼管固定,并用 10mm鋼絲繩固定在頂錨桿上, 在鋼管上鋪設(shè)兩塊 50×400×2000mm木板, 并用雙股 8#鉛絲綁扎牢固,作業(yè)平臺(tái)距皮帶高度為 800mm 。如圖 5所示。(4鉆機(jī)固定打鉆作業(yè)過(guò)程前,將鉆機(jī)用 10mm 鋼絲繩固定在作業(yè)平臺(tái)上。 圖 5 作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)示意圖Fig. 5 Layout of coal platform erection4.2 施工組織人員配備(1施工組織根據(jù)井下注漿的工藝流程, 整個(gè)注漿施工可分為三個(gè)環(huán)節(jié):輸料環(huán)節(jié):注漿材料由料場(chǎng)輸送至現(xiàn)場(chǎng); 配漿環(huán)節(jié):現(xiàn)場(chǎng)配置甲液、 乙液, 通過(guò)注漿泵及高壓注漿管輸送至工作面;注漿環(huán)節(jié):注漿部位開孔、注漿。(2施工人員配備注漿施工人員按三班制配備, 采用雙液注漿, 漿液凝固時(shí)間及凝固強(qiáng)度主要受甲、 乙液比例控制, 且注漿效果和成本與注漿的工藝技術(shù)和漿液凝固時(shí)間把握密切相關(guān), 合理的配漿和注漿設(shè)計(jì)不但是保證注漿效果的關(guān)鍵, 所以注漿前必須進(jìn)行必要的操作指導(dǎo), 使施工人員熟悉施工流程和施工要求。4.3 施工工藝流程(1在混合器分別安裝甲、乙漿液控制閥門或逆止閥,一旦停泵后,應(yīng)立即關(guān)閉甲、乙兩閥門, 防止甲乙兩液