化学注浆材料在煤矿大采高工作面安全生产中的应用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

化学注浆材料在煤矿大采高工作面安全生产中的应用

发表时间：2020/9/27 来源：《基层建设》2020年第17期作者：李欢

[导读] 摘要：论述了新型高分子化学注泵材料的物理力学性能，介绍了这些新型化学材料在煤矿岩层加固、预防工作面片帮冒顶等方面应用的施工工艺。

        河南能源焦煤公司赵固二矿辉县市 453633
        摘要：论述了新型高分子化学注泵材料的物理力学性能，介绍了这些新型化学材料在煤矿岩层加固、预防工作面片帮冒顶等方面应用的施工工艺。
        关键词：大采高：注化学浆；煤岩层加固；
        我国在20世纪90年代初期开始研究煤矿井下化学注浆技术，并已经取得较大进展。焦作方鑫隆实业有限责任公司是河南能源焦煤公司下属企业，研究生产的新型固特结、安科瑞等化学注浆材料及其相应的施工工艺技术，已广泛地应用于煤矿井下松软破碎围岩加固、预防巷道或工作面片帮冒顶等工程领域，为煤矿安全生产创造了可观的技术经济效益。
        14030工作面采用一次采全高综合机械化采煤工艺，沿煤层顶板回采，回采期间煤壁易发生片帮、顶板易冒落，为保证工作面安全回采，需对工作面煤墙及顶板采取注化学浆进行加固。
        1施工概况
        14030工作面切眼长度201m，采高4.5～6.1m，工作面内布置ZY18000/30/65D型液压支架92架、ZYG18000/29/60D型液压支架2架、ZYT18000/29/60D型液压支架3架、ZYT18000/26/53D型液压支架3架、ZYT13000/25/50D型液压支架2架、一部SGZ1200／2000型刮板输送机、一台MG900/2320-GWD型采煤机。回采时工作面煤壁易发生片帮、顶板易冒落，上下超前支护段巷道收敛、顶板破碎。为保证工作面安全回采，采用气动手持式钻机对煤壁打孔注化学浆，加固煤墙及顶板，保证工作面正常回采。
        2 注浆加固技术机理及注浆材料选择
        2.1化学注浆加固技术机理
        化学注浆技术发展已有近半个世纪的历史。近年来，逐步引入到了煤矿开采领域。过去煤矿中加固顶板一般采用机械方法或者物理方法，如架棚挑棚、注水泥浆等方法。化学浆液是一种双组分产品，进入煤岩层几秒钟后，两种组分即进行化学反应，浆液遇水膨胀，对围岩松动裂隙进行充填，对破碎松散体进行粘结，最后固化成一种刚性塑料，使整个松散体成为一个坚固的整体，提高了围岩的整体抗压承载能力。
        2.2注浆材料选择
        本工程要求胶凝时间短，起强度快，操作方便可控。经比选，决定采用由焦作方鑫隆实业有限责任公司生产的JG-1化学注浆材料。该浆液在物理性能（黏度、胶凝时间、聚合特点等）、强度性能（粘结强度、固砂强度）及高渗透性等方面均可以满足该项工程固结防渗的要求。另一方面，浆液具有稳定性较好、无溶剂等特点，在煤矿井下可以安全使用。
        2.3JG-1化学注浆材料固特结加固材料参数

        3化学注浆加固技术施工工艺
        3.1工作面施工注浆孔参数
        （1）施工人员使用ZQS-60/2.0S气动手持式钻机配合1000mm长麻花钻杆、φ42mm预测钻头进行打孔，孔深5000～9000mm，平距不小于3500mm，仰角为16～44°，终孔进入顶板岩层500～1000mm，确保浆液充分进入岩体裂隙内充分胶结。
        （2）注浆管长度为2000mm/根，下管深度不小于6500mm。
        （3）注浆孔间距4000mm，距顶板2000～2500mm，片帮、冒顶严重区域孔间距及距顶板距离可根据现场情况适当调整。
        （4）单孔一次注入量最大剂量不超过1000kg。
        3.2工作面施工深孔注浆孔参数
        （1）施工人员使用自制架腿式自移钻机（型号：KZQSJ-105/2.6），以下简称自移钻机，或人工使用手持式钻机（钻机型号：KZQSJ-105/2.6）站在电缆槽和刮板输送机齿轨上，配合φ69×1000mm的螺旋钻杆、φ76mm高效组合钻头打孔。
        （2）注浆孔距顶板2500～3000mm打设，孔间距8000mm（帮部片帮严重、顶板破碎区域可根据现场实际情况适当调整注浆孔位置），孔深12000～15000mm，仰角11～18°，终孔进入顶板500～1000mm。以8000mm为一个注浆单位，每个注浆单位内间距2000mm循环注浆。注浆遵守由急到缓的原则进行施工，煤墙片帮、顶板破碎区域适当减小注浆孔间距。
        （3）注浆管长度为2000mm/根，使用14#电镀锌丝将30#白棕绳捆绑在注浆管上送至孔底。
        （4）单孔一次注入量最大剂量不超过1000kg。
        3.3工作面施工顶板注浆孔参数
        （1）施工人员使用MQT-130/3.2型气动锚杆钻机配合B19中空六棱钻杆、φ28mm钻头对顶板破碎区域进行打孔，孔深7000～8000mm，向工作面推进方向倾斜打设，角度根据现场实际情况确定。
        （2）注浆管长度为2000mm/根，下管深度不小于6000mm。
        （3）单孔一次注入量最大剂量不超过1000kg。
        3.4上、下顺槽超前支护段煤墙侧施工注浆孔参数
        （1）施工人员使用ZQS-60/2.0S气动手持式钻机配合1000mm长麻花钻杆、φ42mm预测钻头进行打孔，孔深6000mm，仰角为30～45°，终孔进入顶板岩层500～1000mm，确保浆液充分进入岩体裂隙内充分胶结。
        （2）使用MQT-130/3.2型气动锚杆钻机配合B19中空六棱钻杆、φ28mm钻头对顶板破碎区域进行打孔，孔深5000～6000mm，若打设终孔位置处于顶板离层区域必须穿过离层区域500～1000mm。
        （3）注浆管长度为2000mm/根，下管深度不小于5000mm。
        （4）注浆孔间距2000mm，距底板1500～1700mm，帮部收敛严重、顶板破碎区域可根据现场情况适当调整注浆孔位置。
        （5）单孔一次注入量最大剂量不超过1000kg。
        3.5注浆施工工艺
        注浆施工由厂家人员负责，区队人员现场打孔施工和监督施工质量。注浆材料分两种，一种名称为固特结加固材料，包括A组分和B组分，A组分：小分子多元醇（≥99.5％），B组分：多压甲基多苯基多异氰酸酯（≥99.5％）；另一种名称为固特结复合加固材料，包括A组分和B组分，A组分：硅酸盐化合物（≥99.5％），B组分：多压甲基多苯基多异氰酸酯（≥99.5％）。两种材料的识别方法均为包装桶上的标签识别，生产单位均为焦作方鑫隆实业有限责任公司。
        （1）在上顺槽设备列车处及下顺槽综掘机前各安设2台输浆泵向工作面进行输浆。
        （2）输浆泵倒料时严禁混合；A组料倒入A组输浆泵内，B组料倒入B组输浆泵内。
        （3）输浆管路铺设必须吊挂整齐，连接时必须使用配套U型卡打设到位。
        （4）两趟输浆管路在工作面内每20m设置1个截止阀，在上下超前各设置1个截止阀。
        （5）注浆时，在注浆泵管路与注浆管连接完毕后，打开输浆管路截止阀将A、B组化学浆分别倒入料桶内，开启注浆泵将化学浆按照A、B组1：1（体积比）的比例进行注浆。
        （6）注浆过程中施工人员根据注浆情况控制好注浆速度，匀速输浆；若顶板出现冒落需要注化学浆充填料（反应型高分子材料的一种）时，单次注浆量不大于50桶，每小时注浆量不大于70桶，每天注浆量不大于400桶（通过控制单次注浆量，防止化学浆反应热量积聚，造成火灾事故）。
        （7）注浆时施工人员注意观察注浆情况，当注浆孔周围煤墙及顶板缝隙渗出浆液时方可停止注浆。
        4结论
        化学注浆技术，能及时地改变围岩的松散结构，提高岩体的整体强度，从而提高施工速度，保证工作面的正常回采，值得煤矿在采煤面的片帮、冒顶异常情况时应用。此外，在煤炭生产的其他环节，如：过断层等等类似情况，也可应用该技术进行治理。
        参考文献：
        [1]刘玉鼎，马恩永，刘志强.立井井筒过含水层工作面预注化学浆施工技术[J].煤矿现代化，2014（05）：7-8.
        [2]邹青林.综采工作面过断层破碎带加固技术[J].山东煤炭科技，2019（07）：75-76+81.
        [3]张兴润，马金飞，马国学.煤矿巷道涌水段冒顶区专用化学注浆材料的研制[J].煤炭与化工，2020，43（03）：138-141.
        作者简介：
        李欢，男，1985年9月，河南省焦作市，汉族，本科，河南能源焦煤公司赵固二矿综采队从事井下安全生产工作，助理工程师。