侯順順

[摘 要]本文分析煤礦井下掘進(jìn)巷道超前預(yù)注漿固化的基本原理、注漿施工方案和技術(shù)工藝，以及實(shí)施效果評價(jià)等。

[關(guān)鍵詞]煤礦井下；軟巖巷道；超前預(yù)注漿；圍巖控制；頂板加固

中圖分類號：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0005-01

1 引言

煤礦井下巷道掘進(jìn)，在遇到比較松軟的頂板時(shí)，往往都采用全錨網(wǎng)支護(hù)方式，遇破碎帶時(shí)則采用金屬棚式支護(hù)。有時(shí)巷道掘進(jìn)接近陷落柱時(shí)，其煤層更加疏松，圍巖非常軟弱破碎。這時(shí)工作面就會漏頂和冒頂，事故頻繁發(fā)生。頂板極難控制，造成了嚴(yán)重的安全隱患，影響正常的掘進(jìn)進(jìn)度。與此同時(shí)，有時(shí)還會造成煤質(zhì)灰分的增加，影響煤炭質(zhì)量。為保證頂板的完整性，這也是巷道正常掘進(jìn)的關(guān)鍵所在，此時(shí)就很有必要采取超前預(yù)注漿加固技術(shù)，即所謂的超前支護(hù)技術(shù)。

2 超前預(yù)注漿固化的基本原理

在井下使用的超前預(yù)注漿固化技術(shù)，實(shí)質(zhì)上它就是一種改善圍巖結(jié)構(gòu)，提高圍巖整體性和自承能力、降低支護(hù)成本、提高支護(hù)效果的有效技術(shù)方法。充分利用漿液，把圍巖的各種弱面進(jìn)行充實(shí)、重新膠結(jié)起來，從而改善圍巖的物理力學(xué)性能，達(dá)到提高圍巖的整體穩(wěn)定性作用。具體來講：一是提高圍巖裂隙面的變形剛度和抗剪強(qiáng)度。因注漿后有效提高了裂隙面的剛度和抗剪強(qiáng)度，從而提高了巖體的強(qiáng)度，并增強(qiáng)了圍巖的自身承載能力。二是漿液固結(jié)體的網(wǎng)絡(luò)骨架作用。由于漿液經(jīng)擠壓或滲透到煤體縱橫交錯(cuò)的裂隙中固結(jié)后，會在圍巖中形成網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)。而漿液固結(jié)體呈厚薄不一的片狀或條狀，在煤體中相互連通形成網(wǎng)絡(luò)骨架。雖然形成網(wǎng)絡(luò)骨架的高水速凝材料抗壓強(qiáng)度比煤體小，但是高水速凝材料固結(jié)體具有良好的韌性和黏結(jié)性能。當(dāng)外載增加時(shí)，其固化材料發(fā)生變形但不破壞，載荷主要由強(qiáng)度較高的煤體承擔(dān)，這樣巷道圍巖的破壞條件就由原來的裂隙弱面強(qiáng)度條件向接近煤體強(qiáng)度條件進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而在巷道掘進(jìn)前就使煤體的強(qiáng)度和整體性能得到提高，并保證了巷道開挖后不發(fā)生漏頂、冒頂事故出現(xiàn)。

3 注漿施工方案和技術(shù)工藝

1）注漿參數(shù)的選擇。巷道注漿材料可以選用高水速凝材料。技術(shù)參數(shù)的控制如下：①水灰比確定。根據(jù)高水速凝材料漿液的流動(dòng)力學(xué)特性和固結(jié)體的力學(xué)參數(shù)，再綜合考慮井下施工條件和材料消耗等因素，高水速凝材料漿液的水灰比選為1.6：1～1.8：1較為合適。②注漿壓力控制。一般起始壓力可以控制在0.8～1.0MPa之間；淺孔注漿壓力控制在2.0～2.5MPa之間；深孔注漿壓力控制在2.5～3.0MPa之間。③注漿孔的布置（參數(shù)選擇見表1，布置示意見圖1）。在工作面前方布置3排3列眼，按不同的設(shè)計(jì)角度向頂板上方傾斜，這樣注漿后能形成不同的控制范圍，最長控制范圍約10m，漿液擴(kuò)散半徑約1.5m。其鉆孔直徑為Φ65mm；底排眼距巷道底板為1700mm，中間眼距底眼600mm，頂眼以巷道頂板為準(zhǔn)鉆進(jìn)，與中間眼排距最大不超過900mm；在第1列1#、6#、7#眼距左幫為800mm，第2列2#、5#、8#眼距左右兩列各1000mm，第3列3#、4#、9#眼距右?guī)?00mm；施工過程中每掘進(jìn)1Om要布置一組注漿眼。

2）施工機(jī)具設(shè)備選用。注漿設(shè)備：JB-300L型攪拌桶，ZBSB-52～8/10.15型煤礦用雙液注漿泵，注漿管采用Φ20mm的鋁塑管制作，管長按孔深的2/3截取即可；打眼設(shè)備：如ZYG-150型全液壓鉆機(jī)即可。

3）注漿施工工藝。①鉆孔：按照設(shè)計(jì)要求確定注漿孔布置參數(shù)，然后打注漿孔。②制漿：必須嚴(yán)格按水灰比供水上料，要先放水后加高水速凝材料，攪拌要均勻，待10-15min后再注漿。③試泵：在打注漿孔的同時(shí)，要用清水試注漿泵及注漿管路、攪拌桶，以確保注漿系統(tǒng)能夠可靠運(yùn)行。④注漿：待封孔20min后再注漿。注漿量原則上以注到不進(jìn)漿為止，當(dāng)少部分漿液從裂隙中滲透出來時(shí)，不停止注漿，滲透較多時(shí)，可暫停3～5min再注，盡可能向煤體中多注入漿液，確保注漿效果。注漿時(shí)要不停攪拌，要將吸漿管分別插入兩漿液桶內(nèi)（甲料、乙料）。注漿過程中還不得更換甲料、乙料的吸漿管，還不能將甲料加入乙料攪拌桶或?qū)⒁伊霞尤爰琢蠑嚢柰皟?nèi)。⑤封孔：可用棉紗攪拌少量水泥封孔，并進(jìn)行搗實(shí)壓緊，其封孔長度為1.4m為宜。⑥清洗：結(jié)束注漿或暫停時(shí)間超過15min（如封孔結(jié)束）期間，都要沖洗注漿泵和管路，直到管路末端流出清水不渾濁為止，以保障下次能順利使用。

4 實(shí)施效果評價(jià)

高水速凝材料在掘進(jìn)巷道超前預(yù)注漿加固中應(yīng)用，特別是在陷落柱周邊軟弱煤層中應(yīng)用，能使松散破碎頂煤得到充填黏結(jié)，掘進(jìn)到此位置時(shí)能有效控制煤層頂板漏頂、冒頂事故，且巷道圍巖整體穩(wěn)定性還好，基本能形成所需的設(shè)計(jì)斷面。運(yùn)用該技術(shù)消除了頂部架設(shè)高木垛和冒落區(qū)局部瓦斯積聚的安全隱患，使巷不出現(xiàn)離層、漏頂和冒頂事故，注漿效果非常好，有效保障了掘進(jìn)巷道的施工安全，同時(shí)又經(jīng)濟(jì)可行。

5 結(jié)束語

1）使用超前預(yù)注漿加固技術(shù)，可使陷落柱周邊巷道圍巖疏松破碎、頂板漏頂、冒頂?shù)仁鹿实玫接行Э刂疲锏绹鷰r整體穩(wěn)定性也好，這為工作面快速掘進(jìn)創(chuàng)造了有利的條件和良好安全環(huán)境。

2）注漿加固技術(shù)是一種積極主動(dòng)的圍巖控制方式，它可有效增加圍巖的強(qiáng)度，提高煤體自身承載能力，并減小巷道變形量。該技術(shù)特別適用于破碎圍巖巷道應(yīng)用，但不能完全代替巷道超前支護(hù)，所以巷道正常掘進(jìn)的超前支護(hù)還必須采用其他措施輔助進(jìn)行。

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