杨积海 金其浩
1、问题是提出 谢桥矿是一座设计生产能力400Mt/a的特大型矿井,采用立井、集中石门、分区石门和上下山开拓方式,主采二迭系石盒子组B8和山西组C13-1两煤层,煤层赋存稳定,平均煤厚:8槽3.4m、13槽5.9m,煤层节理裂隙发育,普氏系数f=0.2-0.8之间。工作面回采使用综合机械化工艺,采准巷道掘进全部使用综掘工艺。 工作面巷道掘进期间,经常遇见断层,由于受地应力影响,断层附近的煤体和岩体破碎,掉顶严重,施工困难,安全威胁大,月进度很低,采掘接替紧张,直接影响安全与生产。针对这一情况,我们寻求快速、安全、高效、新的顶板加固方法。2002年5月,在掘进1151(3)下顺槽过断层期间,我矿与山东浩珂伟博公司合作,采用注马丽散技术,对巷道进行超前加固,取得了显著的效果。
2、马丽散加固机理 马丽散是由两种成分组成的聚亚胶脂产品,具有高度粘合力和很好的机械性能,注射入地层后,低粘度混合物保持液体状态几秒钟,渗透细小的裂缝,发生膨胀和粘结,有效地加固周围岩松动圈,使之成为整体,提高了围岩的整体承载能力,从而控制巷道顶板的垮落。 3、试验巷道的生产技术条件 1151(3)放顶煤工作面下顺槽为进风、运输巷。该工作面位于谢桥矿东部采区五阶段,其下顺槽为实体巷道,上顺槽为沿空巷道,工作面走向长1713m倾斜长231m,煤层倾角12-140,平均采深648m,平均煤厚5.5m。采用AM-50综掘机沿煤顶掘进,巷道断面及支护方式见表1,岩层柱状见表2。
02年5月中旬,1151(3)下顺槽施工至370m处,遇到一个正断层,断层倾角60-700,落差4m,巷道将按100上山掘至煤层底板,在此处断层矸石综掘机无法使用,改用炮掘,巷道的支护形式由锚网锚索改为架棚,由于受断层影响,巷道的煤体顶板破碎,整体性差,虽然采用了打超前锚杆,缩小循环进尺(每班架一棚,进尺0.6m)的方法,但仍难以控制工作面的片帮冒顶,每次人工接顶,安全威胁很大。为了有效控制帮顶大面积跨落,决定采用注马丽散树脂支护技术,对掘进工作面顶板进行超前粘结加固。
4、注马丽散树脂支护技术的应用情况
4.1布孔参数 在巷道迎头沿支架梁在煤体内布置4个注孔,孔间距不大
4.2马丽散树脂与催化剂的配合比,体积比1:1,重量比1:1.17。 4.3注浆压力 根据1151(3)下顺槽围岩性质,确定注浆压力为5-8Mpa。 4.4注马丽散树脂支护的施工设备及材料 使用小型多功能气动注浆泵,采用双液注浆系统。 图2-注浆系统设备布置图 表3:注浆设备材料一览
4.5施工工艺 马丽散施工工艺:打眼→埋设注浆管→安装封口器→用高压胶管连接注射枪和注浆泵→将两根吸管分别插入装有马丽散树脂和催化剂的桶内→开泵注浆→冲洗机具→停泵→拆卸注射枪。 使用7655风钻套钎打眼,眼孔直径42mm,孔深8m。 每孔注浆量根据注浆压力确定,施工时必须严格控制注浆压力,当注浆压力达到5-8Mpa或出现大面积漏浆(漏浆量=泵的注入量)时,即可换孔注浆或停止注浆。 注浆顺序:由下而上顺序进行。 本次加固巷道24m,共6个循环,施工中收集的注浆数据见下表。
注:每循环按掘进方向左帮底部注孔编号为1#,顺时针方向依次为2#、3#、4#。 4.6施工中出现的问题与采取的措施:一是浆液从钻孔和封口器之间、或迎头煤岩体裂隙中渗透、冒出。二是用水冲洗机具不彻底造成堵管。采取的措施:根据煤岩体裂隙发育情况,合理地确定封口器埋设的深度。埋设前将封口器位置注孔内的煤粉块清理干净,保证封口器膨胀后与孔壁结合紧密。对煤岩渗透出的少量浆液采用棉纱封堵,若冒出浆液过大则要重新布孔重新注浆,确保注浆效果。每循环注完后要用机油对所有的管路进行清洗一遍,确保管路无残留浆液凝固。 5、技术经济及社会效益 对金属U型棚和注马丽散联合支护段巷道,与金属U型棚单一支护段巷道的对比观测,采用注马丽散加固支护,取得了显著的技术经济和社会效益。 5.1 新颖性 这种加固顶板方法新颖。过去加固顶板一般采用的是机械方法或者物理方法,如架棚挑棚、打锚杆锚索,注水泥浆。注马丽散是一种新颖的化学加固方法,它是由树脂和催化剂两种基本成分,入煤岩层几秒钟后,经过化学反应生成的聚亚胶脂产品,开始膨胀,对围岩松动圈裂隙进行充填,对破碎松散体进行粘结,使之成为整体,提高了围岩的稳定性的抗压承载能力。 5.2 安全性 未注马丽散前,该断层面的顶板是破碎的煤岩体,掉顶严重,人工装顶安全威胁大,注马丽散后,顶板状态良好,未发生冒顶现象,保证了作业安全可靠性。 5.3 快速性 未注马丽散前,由于掉顶严重,每天进尺不到1.8M,注马丽散结束2小时后,开始掘进,日进尺达到3.6M以上,保证了工作面的正党快速推进。 5.4 与其它注浆相比,注射马丽散具有以下优点:一、工艺简单,操作简便。多功能注浆泵体积小,重量轻,压风作动源,政党操作两人即可(一人观察巷道顶帮,若漏浆用棉纱封堵;一人更换原料,观察注射泵的运转情况)。二、注浆前,不需喷浆封闭巷道帮顶。三、专用封口器的设计合理。封口器一端有垫片,在开始注浆时,浆液在封口器内膨胀将封口器与孔壁密合,继续注浆当浆液压力达一定值时,浆垫片冲开,浆液便经注浆管注入岩层。较其它方法封口简单,省时。四、马丽散树脂和催化剂两种原料分别用塑料桶装,携带搬运方便,便于井下施工。 5.5 施工中应注意的几个问题 根据地质预报确定异常带的位置,提前加固,既保证施工安全,又能节约浆液消耗。每一循环注浆参数应根据掘进后煤岩的破碎情况及时调整,注浆压力应根据现场围岩的性质决定。 6、结论 实践证明,应用马丽散,是一种新的化学加固顶板技术。应用该技术,能及时地改变了围岩的松散结构,提高了岩体的整体强度,提高了施工安全可靠性,从而提高了施工速度,保证了工作面的正常接替,值得煤矿掘进在过断层过异常区应用。另外,在煤炭生产的其它环节,如:采煤面的片帮、冒顶等类似情况,也可应用该技术进行治理。因此注马丽散技术是煤矿井下生产大力推广的一项实用技术。
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