李 奎 马守龙
0 引言
刘庄煤矿1211201工作面上顺槽正在掘进期间(外段已掘200 m,差600 m贯通时)。上顺槽上帮距离上一个工作面的采空区7 m,为小煤柱掘进。由于矿压较大,通过采空区泄水巷,造成掘进期间巷道局部煤柱的煤体被压碎、外鼓、片帮、淋水、顶底板移近量较大,局部巷道高度只有1.7 m。如不对破碎区域进行处理,巷道难以维护,影响正常掘进和回采。
1 注浆施工条件
1.1 工作面主要技术特征
121102工作面轨道顺槽位于东二采区,设计总长度1 750 m,本工作面东临F32断层,西至设计停采线,南至工作面机巷,北临121101工作面采空区。工作面埋深700 m,煤厚平均3.5 m,直接顶为砂岩。巷道断面为5 m(长)×3.5 m(宽)。
巷道支护形式为锚杆、锚索、锚网、钢带、点柱联合支护。具体支护参数见表1。
表1 支护参数
1.2 地层及构造
煤层直接顶板以细砂岩为主,成分以石英为主、长石次之,含暗色矿物及白云母碎片,分选、磨圆中等,泥～硅质胶结。工作面东临F32断层(其产状为100°,∠75°～∠85°,H=0 m～12.5 m),西临 F19断层(其产状为 328°,∠30°～∠50°,H=120 m～130 m),这两条断层分别位于本工作面的东西边界;工作面总形体为一单斜构造,煤层走向 78°～94°,走向上起伏较小,倾向 168°～184°,煤层倾角12.5°～20°。工作面掘进期间所揭露的影响工作面回采且落差较大的断层有七条。
1.3 水文地质
121102工作面位于F19及F31两条大的隔水正断层之间,其地下水的补给、径流、排泄条件必然受两条断层的限制。工作面上覆新地层平均厚度390 m。煤层上覆基岩厚度不均,分布有数层含水砂岩层。在自然状态下,各含水层只能接受第四系松散层水少量的补给,而且是很缓慢的。同时,工作面范围内发育的断层落差较小,导水性差,预计含水量较小。但受采动影响,可能导致通顶底板砂岩裂隙水。
2 注浆方案的提出
瑞米加固2号具有高度粘合力和很好的力学性能,产品注射进煤岩层裂隙以后,低粘度混合物保持液体状态几秒钟,在加压泵的压力作用下即可渗透进细小的裂缝,与煤岩体产生高度粘合,使原本不连续体或松散体胶结成连续体,使其整体稳定性提高,从而控制顶板下沉和煤壁继续片帮的发生,能提高煤岩层支撑力,封堵裂隙,达到加固密封处理区域的目的。瑞米加固2号技术参数如表2所示。
表2 瑞米加固2号技术参数
3 注浆施工
3.1 设备和材料的选择
采用风动双注组分注浆泵及配套的40 mm麻花钻杆、42 mm合金钻头钻进。注浆用风动双注组分注浆泵主要特点如下:
1)注浆施工时使用人力较少,一般注浆操作3人便可进行,节省人力资源。
2)施工设备轻便(气动注浆泵仅重140 kg),输出压力高(最大20 MPa以上),输出流量最大26 L/min以上。
3.2 划分注浆段
先将轨道顺槽外段与采空区联巷两侧各6 m范围进行注浆加固,同时对裂隙进行密封。每个注浆段为60 m。泄水巷前后10 m为一个注浆段。
3.3 布设注浆孔
1)单排孔布置,孔在巷道中部,孔距3 m。2)距离联巷最近的孔距离联巷巷帮不少于2 m,以防止浆液流入联巷内。3)孔深2.5 m,最深不得大于3 m,以防止浆液过多流入采空区侧。4)孔均垂直巷道煤壁。
3.4 注浆工艺
1)注浆采用风动双注组分注浆泵,注浆泵应该安设在平整的地面上,如果地面不平,需要采取相应的措施平整地面。注浆系统由注浆泵、吸管、高压胶管、封堵器和注射枪等部分组成。2)打孔时,对于非常破碎区域,使用中英合资北京瑞琪米诺桦合成材料有限公司自攻钻杆,前面的一节带孔,后面的不带孔。钻杆打入后不抽出,当作注浆管用。3)使用普通注浆管时,封堵器的位置大约放置在钻孔内2.0 m深的地方。4)注浆量根据煤层层理及裂隙发育程度,尽量增加注入量,增加浆液扩散半径,具体注入量根据施工时现场实际情况而定。5)跑浆事故预防及处理:其征兆是压力突然下降而不回升,或吸浆量突然增大,发现后应查找冒浆跑浆地点,并采取局部应急措施(用棉纱、木楔封死堵牢)封堵冒浆处,然后采取低压注浆、间歇注浆等以防继续冒浆、跑浆。6)注浆观测与记录:观察、记录注浆过程中的压力及材料消耗量。7)停止注浆,用树脂冲洗管路和混合枪。8)换孔注浆。
4 结语
2009年3月～5月在121102工作面轨道顺槽施工中进行了注浆试验。试验表明,此方法操作方便、省工省时。由于浆液均匀,反应时间快(25 s～28 s),强度来效快,可以达到立竿见影的堵水、加固效果。巷道维护量大大减小,保证正常掘进和回采。采用瑞米注浆,具体优点如下:1)原始材料稳定性能良好,遇水发生反应并发泡,适合处理积水、涌水场合。2)与一般单液浆相比,瑞米注浆材料附着力优越,与岩石、混凝土粘结强度高,而且不易被流水冲走,固结面积反而因流水而扩大,有效固结范围大。3)浆液灌入裂缝内,向裂缝周围渗透(形成一次渗透),随即发生反应,发泡膨胀产生二次渗透,渗入混凝土缝隙产生了较大的渗透半径和凝固体积,以致最终形成体积大,抗压强度高,抗渗性好,堵水效果佳的凝固体。4)化学稳定性高,耐酸、碱、盐和有机溶剂,表面光滑耐磨,不长霉,固结体有良好的耐久性。5)注浆范围可控,材料较普通的单液浆用量相比非常低,施工方案可根据控制材料的反应时间从而控制材料的注浆扩散面积、范围,达到控制注浆成本。6)具有良好的膨胀性能,膨胀体积超出裂缝空腔容积。7)材料强度高(原始材料60 MPa～80 MPa以上),在堵水的同时更能起到良好的岩层加固效果,不易为外力破坏。
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