B090105 注馬麗散超前加固采動應(yīng)力集中區(qū)圍巖實踐

1、注馬麗散超前加固采動應(yīng)力集中區(qū)圍巖實踐劉俊儒 袁恒軍 趙樹軍【阜新礦業(yè)集團五龍煤礦，遼寧 阜新 123000】摘 要 2218綜放面在施工運煤上山時相鄰兩翼已經(jīng)開采，工作面施工時頂板圍巖極度破碎。初期采用錨+U型棚聯(lián)合支護，掘進20m時，出現(xiàn)大范圍冒頂征兆。為此在該區(qū)域使用了馬麗散對破碎頂板進行超前加固。施工結(jié)果表明，超前加固有效地控制了圍巖垮落，取得了良好的效益。關(guān)鍵詞 煤柱區(qū) 冒頂 馬麗散 超前加固-前 言五龍煤礦是一座年生產(chǎn)能力160萬t的大型礦井， 井田受新華夏系構(gòu)造體系控制，處于王營子向斜的東段和高德向斜的西北部，應(yīng)屬新華夏系低序次的構(gòu)造體系。礦井地面標(biāo)高+，開采最深達(dá)-780m，垂

2、直深度843m。全井共分為-215、-365、-600三個水平，目前已采到三水平。進入21世紀(jì)以來，由于礦井開采深度的不斷增加，掘進工作面礦壓顯現(xiàn)日益嚴(yán)重，掘進時經(jīng)常遇見斷層及圍巖破碎區(qū)。由于受地應(yīng)力及煤柱區(qū)集中應(yīng)力影響，采掘巷道附近的煤體和巖體破碎，冒頂嚴(yán)重，給安全生產(chǎn)構(gòu)成極大威脅，由此造成了掘進速度低，采掘接替緊張等。針對上述問題，我們尋求快速、安全、高效的頂板加固方法。2007年11月，在掘進2218運煤上山過煤柱區(qū)斷層期間，對前方預(yù)施工區(qū)段注馬麗散，對巷道圍巖進行超前加固，取得了顯著的安全技術(shù)效果。1 地質(zhì)狀況2218工作面位于中間層群，開采上、下組煤層，工作面可采走向長度310m，工

3、作面長度105m，上組79m，下組24m，大部分為合層，靠近切眼處上、下組煤層分開。工作面起初開采上組煤層，到達(dá)合層段工作面開采上下組煤層，煤層走向N50°E，傾向SE，煤層傾角6°。其偽頂為泥巖厚度0.5m，直接頂為粉砂巖，厚度20m，其上是老頂砂巖，厚度30m。2 支護設(shè)計2218綜放面在施工運煤上山巷道斷面設(shè)計為半圓拱形，巷道凈寬、凈中高，凈斷面面積2。巷道采用錨、網(wǎng)支護，在頂板破碎地段采用錨、網(wǎng)+U型棚或加錨索聯(lián)合支護。該工作面區(qū)域為煤柱區(qū)，其相鄰兩翼均已經(jīng)開采結(jié)束。該工作面在準(zhǔn)備期間，運煤上山曾遇到冒頂現(xiàn)象。起初，運煤上山拉門位置在321探查軌道水平處，巷道掘進到

4、100m時穿到煤層底板（從煤層底板往頂板穿層），同時又遇到m的斷層，斷層走向與施工巷道呈45°斜交。雖然采用錨、網(wǎng)+U型棚聯(lián)合支護，仍然控制不了頂板，當(dāng)巷道掘進到112m處時，巷道大面積冒頂，冒頂高度達(dá)到8m之多。并已達(dá)到煤層頂板，兩側(cè)片幫達(dá)2m，冒落物均為破碎煤休。從狀態(tài)上分析，這個區(qū)域的煤層幾乎全部被壓碎。為此，我們修改了設(shè)計方案，將運煤上山改到-600水平的運輸繞道并重新拉門，拉門位置在上組煤層底板、距離煤層3m處。當(dāng)巷道掘進至13m時，巷道頂板遇到煤層底板，此處煤層比較破碎，繼續(xù)使用錨、網(wǎng)+U型棚聯(lián)合支護；再往前掘進到20m時，煤層已經(jīng)進入巷道m(xù)處，由于此位置同樣是煤柱區(qū)，巷

5、道四周十分破碎，頂板單靠錨、網(wǎng)支護根本無法保證支護強度，如果持續(xù)使用錨、網(wǎng)+U型棚聯(lián)合支護方案，勢必重蹈上次冒頂之覆轍。為了保證作業(yè)安全，有效控制幫頂大面積跨落，決定采用注馬麗散樹脂支護技術(shù)，對掘進工作面頂板進行超前粘結(jié)加固。試驗段巖性如圖1所示。圖1 試驗點巖層柱狀圖2 馬麗散加固機理馬麗散是由兩種成分組成的聚亞膠脂產(chǎn)品，其具有高度粘合力和很好的機械性能，當(dāng)被注射后，低粘度混合物保持液體狀態(tài)滲透入細(xì)小的裂縫中，然后開始膨脹和粘結(jié)，從而有效加固松動圍巖，使圍巖成為整體，提高了圍巖的整體承載能力，從而控制巷道頂板的垮落。與其它注漿相比，注射馬麗散具有非常明顯的優(yōu)點： 工藝簡單，操作簡便，注漿泵體

6、積小，重量輕，壓風(fēng)作動力源，兩人操作即可； 注漿前，不需噴漿封閉巷道幫頂； 專用封口器的設(shè)計合理，封口器一端有墊片，在開始注漿時，漿液在封口器內(nèi)膨脹將封口器與孔壁密合，當(dāng)漿液壓力達(dá)一定值時，墊片被沖開，漿液便經(jīng)注漿管注入巖層； 馬麗散樹脂和催化劑兩種原料分別用塑料桶裝，攜帶搬運方便，便于井下施工。3 注馬麗散樹脂支護3.1 布孔參數(shù)在巷道迎頭沿支架梁在煤體內(nèi)布置4個注孔，孔間距不大于2m，孔深8m，仰角2025°，打注方向為掘進前進方向。每次作業(yè)循環(huán)為，每個作業(yè)循環(huán)用馬麗散加固6m。馬麗散注射孔布置如圖2所示。圖2 馬麗散注射孔布置3.2 馬麗散注漿參數(shù)馬麗散樹脂與催化劑的配合比為體

7、積比=11，重量比=11.17。根據(jù)1151（3）下順槽圍巖性質(zhì)，確定注漿壓力為58MPa。 施工系統(tǒng)及器材（1）注漿系統(tǒng)使用小型多功能氣動注漿泵，采用雙液注漿系統(tǒng)。注射系統(tǒng)如圖3所示。1-注漿管；2-封口器；3-注漿鐵管；4-注射槍；5-高壓膠管；6-注漿泵；7-馬麗散樹脂；8-催化劑圖3 馬麗散注漿系統(tǒng)示意圖（2）注漿設(shè)備及材料 小型多功能氣動注漿泵； 注漿管：由4分鋼管制成，長，其一端加工有絲扣，另一端每個隔400mm打一組直徑4mm的穿孔； 封口器：具有封堵眼口和逆止閥的作用，長350mm； 注漿鐵管：長1m； 注射槍：使液體混合均勻； DN13高壓膠管； 馬麗散樹脂； 馬麗散催化劑。

8、 施工工藝（1）注漿成孔使用7655氣動鉆機鉆孔，眼孔直徑42mm，孔深8m。（2）注馬麗散樹脂施工工藝打眼埋設(shè)注漿管安裝封口器用高壓膠管連接注射槍和注漿泵將兩根吸管分別插入裝有馬麗散樹脂和催化劑的桶內(nèi)開泵注漿沖洗機具停泵拆卸注射槍。（3）技術(shù)要求每孔注漿量根據(jù)注漿壓力確定，施工時嚴(yán)格控制注漿壓力，當(dāng)注漿壓力達(dá)到58MPa或出現(xiàn)大面積漏漿（漏漿量泵的注入量）時，即可換孔注漿或停止注漿。注漿順序：由下而上順序進行。 問題與采取的措施根據(jù)地質(zhì)預(yù)報確定異常帶的位置，提前加固，既保證施工安全，又能節(jié)約漿液消耗。每一循環(huán)注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)掘進后煤巖的破碎情況及時調(diào)整，注漿壓力應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場圍巖的性質(zhì)決定。施工中

9、常出現(xiàn)的問題有漿液從鉆孔和封口器之間、或迎頭煤巖體裂隙中滲透、冒出，用水沖洗機具不徹底造成堵管。采取的措施為：根據(jù)煤巖體裂隙發(fā)育情況，合理地確定封口器埋設(shè)的深度。埋設(shè)前將封口器位置注孔內(nèi)的煤粉塊清理干凈，保證封口器膨脹后與孔壁結(jié)合緊密。對煤巖滲透出的少量漿液采用棉紗封堵，若冒出漿液過大則要重新布孔重新注漿，確保注漿效果； 每循環(huán)注完后用機油對所有的管路進行清洗一遍，確保管路無殘留漿液凝固。4 效益分析單一U型棚支護巷道與U型棚+注馬麗散聯(lián)合支護段巷道的狀況的觀測結(jié)果表明，采用注馬麗散加固支護后，取得了顯著的技術(shù)、經(jīng)濟和社會效益。（1）增加了一種新的支護方法馬麗散是由樹脂和催化劑兩種基本成分，注

10、入煤巖層幾秒鐘后，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成的聚亞膠脂產(chǎn)品，開始膨脹，對圍巖松動圈裂隙進行充填，對破碎松散體進行粘結(jié)，使之成為整體，提高了圍巖的穩(wěn)定性和抗壓承載能力。（2）大大提高了頂板的安全未注馬麗散前，該斷層面的頂板是破碎的煤巖體，冒頂嚴(yán)重，人工裝頂安全威脅大，注馬麗散后，頂板狀態(tài)良好，未發(fā)生冒頂現(xiàn)象，保證了作業(yè)安全可靠性。（3）加快了施工速度未注馬麗散前，由于冒頂嚴(yán)重，每天進尺不到，采用注馬麗散加固結(jié)束2h后，就可以掘進，日進尺達(dá)到以上，保證了工作面的正?？焖偻七M。（4）綜合經(jīng)濟效益大大提高2218運煤上山在第一次施工時，發(fā)生過冒頂，如果不能通過，將導(dǎo)致工作面不能開采，儲量37萬t煤炭會徹底丟棄。通過注億多萬元。5 結(jié) 論馬麗散樹脂是一種新的化學(xué)加固頂板技術(shù)。實踐表明，這種支護形式能及時地改變圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高巖體的整體強度，從而提高了施工安全可靠性，加快