趙文華,王 毅,吳國強,柴 敬,李 毅

(1.寧夏煤業(yè)集團有限責任公司紅柳煤礦籌建處,寧夏靈武 751404;2.西安科技大學能源學院,西安 710054)

羅克休泡沫處理大冒高巷道頂板事故

趙文華1,2,王 毅2,吳國強1,柴 敬2,李 毅2

(1.寧夏煤業(yè)集團有限責任公司紅柳煤礦籌建處,寧夏靈武 751404;2.西安科技大學能源學院,西安 710054)

為了及時有效地處理復雜地質條件下巷道的冒頂事故,確保不影響礦井正常生產(chǎn)和巷道外觀形狀,結合工程實例,介紹利用羅克休泡沫材料的高速成形、高膨脹率,實現(xiàn)了大冒高巷道冒頂事故分 3次快速充填的施工工藝和過程,并對羅克休泡沫充填冒頂區(qū)的注意事項進行了分析。

羅克休泡沫;大冒高;快速充填

1 工程概況

2009年 4月 16日,西北地區(qū)某煤礦首采工作面回風巷發(fā)生局部冒頂事故。該工作面回風巷沿 2號煤層頂板掘進,巷道為平頂圓弧矩形斷面,凈寬5.0m,高度 3.8m,采用錨 (索)網(wǎng)梁聯(lián)合支護方式。錨 (索)網(wǎng)主要支護參數(shù)為：頂錨桿 φ20mm×2500mm左旋螺紋鋼筋,幫錨桿為無肋端頭錨桿,錨桿間排距 800mm×800mm,矩形布置;錨索采用 φ17.8mm×6000mm鋼絞線,間排距2400mm×2400mm。對局部頂板破碎段,采用錨索支護進行補充,要求頂板破碎段沿巷道中線增補一排點錨索,間距 2.4m,形成五花布置。冒頂段位于該巷道開口向下 705～713m處,此處是回風巷倒車硐室,斷面為凈寬 7.0m,凈高 3.5m,硐室口設 2.0m×2.0m的斜坡。4月 16日初次冒落高度為頂板以上 3.5～4.0m,4月 17日,二次冒落最大高度為頂板以上 7.1m,冒落體的寬度 6.2m,長度同倒車硐室的長度,冒落體積約 220m3。冒落巷道位置及冒落體情況如圖 1所示。

圖1 工作面回風巷冒頂位置及冒落體

經(jīng)分析,冒頂段煤層偽頂為炭質泥巖,厚度0.06～0.14m,平均 0.1m;直接頂為泥質細砂巖,厚度 1.58～7.35m,平均 5.92m;基本頂為粗砂巖,多為富水性弱 -中等,遇水沖擊呈松散狀,平均厚度 22.8m,基本頂粗砂巖是影響本井田的主要含水層。由于冒頂段直接頂細砂巖厚度變薄,錨索端部 (錨索用 φ17.8mm鋼絞線,長度 6m)已錨入粗砂巖內,導致基本頂粗砂巖的水通過錨索孔進入直接頂和偽頂,致使直接頂、偽頂遇水膨脹,拉斷錨索,形成冒落。

2 冒頂處理方法

目前,對冒落巷道的加固方法主要有：注漿加固法;錨索加固法;噴注法;錨網(wǎng)梁噴注聯(lián)合支護法;安設木垛法。這些方法的優(yōu)點是可節(jié)約支護材料,支護費用小;其缺點是事故處理速度慢,處理過程中人員安全性低,巷道在造型上還保留冒落后的原狀,在視覺上給人一種不安全的感覺,而且如果巷道再次冒落,其危害依然很大,不能永久控制其冒落[1]。

本次冒頂體積較大,冒落處不穩(wěn)定,有繼續(xù)冒落的趨勢 (冒高已增加至 7.1m),而且在地下水作用下不能自穩(wěn)。根據(jù)現(xiàn)場情況分析,原有采用的錨網(wǎng)、托鉤梁木棚、木垛等處理冒頂?shù)姆椒ㄒ巡荒馨踩?、快速的處理該段冒頂。采用羅克休泡沫充填冒頂區(qū),人員可不進入冒頂區(qū)域操作,有利于安全施工;能阻止冒頂區(qū)圍巖繼續(xù)風化、泥化,冒頂區(qū)域不會再次破壞;充填冒頂區(qū)時間短,預計 4個小班可完成充填。

羅克休泡沫產(chǎn)品是一種由 2種成份 (樹脂和催化劑)組成的注射產(chǎn)品,用于充填空洞、密閉空氣和瓦斯以及加固斷裂程度高的地層。樹脂和催化劑以體積比 4∶1混合,直接注入到需處理區(qū)域,發(fā)生快速反應生成泡沫,接著產(chǎn)品會快速膨脹到原體積的 10～15倍,羅克休泡沫在幾分鐘內硬化,10%變形時抗壓強度可達到 100～300kPa。利用羅克休快速、高膨脹率、良好的抗壓能力,可以取得經(jīng)濟、快速、安全的充填效果[2]。

3 施工方案

3.1 施工準備

所需主要材料及數(shù)量：羅克休泡沫約 20t;長11m的鋼軌 10根;DZ35單體液壓支柱 60根;3.8mπ型鋼梁 40根;木桿 1000塊 (規(guī)格：長1200mm,寬 120mm,厚 70mm);11號礦用工字鋼棚子 30架。

處理冒頂前必須恢復好施工所需的供水、供風管路、通風設施及運料、排矸系統(tǒng);制作好專用的敲幫問頂工具。

處理冒頂時必須選拔有處理冒頂事故經(jīng)驗的工人參加。

3.2 施工方案

(1)施工準備 處理冒頂前先加強冒頂區(qū)后端 (回風巷開口方向)10m范圍內的支護,加強支護形式為一梁二柱。然后將 11m長軌道按 1m間距沿 1121工作面回風巷掘進方向從冒頂區(qū)的上邊緣斜向上插到冒頂區(qū)的下邊緣,軌道一頭與冒頂區(qū)的下邊緣穩(wěn)固接觸,另一頭先使用雙股 8號鐵絲牢固的拴在π型鋼梁上,然后在軌道端頭位置再支設 1根單體支柱。

(2)充填冒空區(qū)深部 所有軌道按上述方法布置完成后,連接注漿管路,將羅克休注漿管伸入冒頂區(qū)進行第 1步注漿充填工作,并把注漿管路深入冒空區(qū)深部,先充填深部,使其封閉,充填時移動管路,待羅克休泡沫溢流入巷道無法繼續(xù)充填時停止充填,第 1步充填如圖 2所示。

圖2 第 1步、第 2步注漿充填冒空區(qū)深部

(3)充填冒空區(qū)深部未充填部位 從冒頂區(qū)的外側向內側在已支設好的軌道上鋪設木桿,木桿鋪設要均勻,盡量減小木桿之間的間隙。木桿鋪設完畢后從預先留設好的羅克休注漿管開始第 2步注漿,第 2步注漿要盡量將冒頂區(qū)充填密實,不留空洞,如圖 2所示。

(4)出渣和第 3步充填 一次性將冒頂區(qū)的渣出干凈后加強冒頂區(qū)前端 10m范圍內支護,加強支護結束后,從冒頂區(qū)的后端開始向前端架設工字鋼棚 (工字鋼棚間距 0.8m),在架設工字鋼棚過程中要均勻的在鋼棚上鋪設木桿,木桿間間隙要小,鋪完木桿后在木桿上鋪廢舊風筒。冒頂區(qū)所有鋼棚架設完畢后,開始第 3步充填羅克休,將鋼棚以上空間完全充實,冒頂段處理結束。第 3步充填如圖 3所示。

圖3 第 3步注漿充填鋼棚上方空間

3.3 施工安全措施

(1)注漿人員在施工期間必須佩戴防護眼鏡、橡膠手套等防護用品,作業(yè)場所要備有一定量的清潔用水。注漿時,施工人員不能正對注漿口方向,防止?jié){液外竄傷人,換孔時施工人員必須在注漿管內壓力釋放后再拆卸拔槍。

(2)注漿液時要安排專人觀察頂幫情況,出現(xiàn)險情立即停止注漿撤出人員。注漿人員要站在支護完好的安全地點進行作業(yè),要注意觀察注漿量及擴散范圍,準備好棉紗、木楔以封堵露液區(qū)域,保證注漿效果。操作注漿泵人員要注意觀察注漿壓力及各種壓力表數(shù)值及泵的運轉情況。

(3)豎立支柱前要先清掃浮煤,將支柱支設在實底上,嚴禁將支柱支設在浮煤上,支設支柱時必須穿好 “鞋”、戴好 “帽”柱。單體液壓支柱支設工作結束后,支柱初撐力不得小于 11.4MPa,對初撐力達不到要求的支柱必須進行二次注液。

(4)架設工字鋼棚子時,柱窩的深度,背板的數(shù)量要嚴格按設計執(zhí)行。架設工字鋼棚子時,工人之間要互相配合、互相溝通,防止出現(xiàn)擠手、碰腳現(xiàn)象。

4 綜合效果分析

(1)操作方便,降低了勞動強度 常規(guī)處理冒頂?shù)姆椒üぷ髁看?注射羅克休泡沫是一種新穎的化學加固方法,只需要使用 1臺多功能泵和 1只混合槍,其體積小、重量輕 (100kg),動力來源廣泛 (4～7kg風壓即可),輸出壓力大 (可達170kg左右)。施工時只需及時更換料桶,對工人體力消耗較小。

(2)保證了施工的安全性 冒頂區(qū)頂板多數(shù)較破碎,冒落處頂板極不穩(wěn)定,施工環(huán)境比較危險。以往的冒頂事故處理,憑有經(jīng)驗的工人監(jiān)護頂板,安全威脅較大。而注射羅克休泡沫工人無需在冒落區(qū)內進行,從而保證了施工期間的安全性,特別適合處理大冒落事故。另外,通過其漿液在裂隙中的擴散、膨脹而封堵地下水,從而防止圍巖進一步弱化、冒落,提高冒頂區(qū)圍巖的穩(wěn)定。

(3)施工過程的快速性 由于羅克休具有高膨脹性,產(chǎn)品高度成品化,反應迅速,硬化時間短,從而保證了充填工作的快速性,不影響現(xiàn)代化礦井高效率的采掘工作[3]。而以往的冒頂事故處理方法多數(shù)比較繁瑣,施工速度慢。

(4)經(jīng)濟效益顯著 冒頂處理共用羅克休20t,維護費用約 300萬元。支護成本比采用常規(guī)的冒頂事故處理方法略有增加,但用羅克休充填是永久支護,減少了巷道的再次維護成本,提高了礦井生產(chǎn)和建設的長期經(jīng)濟效益。

[1]何滿潮,李國峰,等 .興安礦深部軟巖巷道大面積高冒落支護設計研究 [J].巖石力學與工程學報,2007(05).

[2]閆立章 .“羅克休”防滅火技術在易發(fā)火煤層中的應用[J].煤礦開采,2006(2)：69-70.

[3]王 昕,劉紅崗,郭 坤,等 .羅克休泡沫處理大冒頂事故技術的實踐 [J].中國礦業(yè),2007(02)：60-62.

Handling Roof D isaster with Large Falling Height in Roadway with Luokexiu Foam

ZHAO Wen-hua1,2,WANG Yi2,WU Guo-qiang1,CHA IJing2,L I Yi2
(1.Hongliu Colliery PreparatoryOffice,Ningxia Coal Group Corp,Lingwu 751404,China;2.Energy College,Xi’an University of Science&Technology,710054,China)

For t imely and effectively dealingwith roof falling disaster and ensuring regularmining and keeping roadway shape,this paper introduced fast stowing technique in roadwaywith large falling height at3 times by applying high-speed forming and high expansivity of luokexiu foam.It also analyzed matters needing attention in stowing falling area with luokexiu foam.

luokexiu foam;large falling height;fast stowing

TD353.8

A

1006-6225(2010)01-0099-03

2009-09-02

國家自然科學基金資助項目 (編號：50774060)。

趙文華 (1968-),寧夏中寧人,高級工程師,在讀博士生,現(xiàn)為寧夏煤業(yè)集團公司紅柳煤礦籌建處生產(chǎn)副處長。

王興庫]