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        巷道深、淺孔注漿技術(shù)在劉莊煤礦的成功應(yīng)用與廣泛推廣

        2016-12-31 00:00:00顧廣義賀恒王煒
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年17期

        摘 要:國投新集劉莊煤礦,通過在中央軌道石門、東一和東三軌道大巷創(chuàng)新采取“修復(fù)支護(hù)+噴注”新技術(shù)后,獲得了顯著效果,成功解決了巷道斷面受壓變形的難題。一方面,通過采取深、淺孔注漿新技術(shù);另一方面,普遍推廣此項(xiàng)新技術(shù)后,巷道修復(fù)次數(shù)明顯減少,巷道通風(fēng)、運(yùn)輸能力得到改善;再者,礦井維簡成本得到有效控制,噸煤成本獲得顯著下降。

        關(guān)鍵詞:巷道注漿;修復(fù);噴注;深、淺孔注漿技術(shù)

        國投新集劉莊煤礦位于阜陽市穎上縣境內(nèi),年產(chǎn)量1140萬噸。由于礦井產(chǎn)量高、開采強(qiáng)度大,巷道壓力顯現(xiàn)較為突出,礦井主要運(yùn)輸大巷、軌道石門、回風(fēng)石門等受壓變形十分嚴(yán)重,需要翻修巷道的工作量較大,而且修復(fù)巷道的過程中,會(huì)帶來車輛通行和設(shè)備運(yùn)輸受阻、巷道因通風(fēng)斷面縮小而帶來風(fēng)速過快等難題。通過對中央軌道石門先期按巷道設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行修復(fù),再對巷道全斷面進(jìn)行噴漿封閉,最后采取深、淺孔注漿,結(jié)果使得巷道的圍巖得到了有效的控制,巷道加固效果良好,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

        1 巷道深、淺孔注漿原理

        1.1 原巷道修復(fù)工藝以及采取的注漿方法

        1.1.1 原巷道修復(fù)工藝

        劉莊煤礦原來對失修巷道的修復(fù),一般采用與原巷道設(shè)計(jì)斷面一致的支護(hù)形式進(jìn)行翻修。

        (1)原來是U型金屬鋼支護(hù)的,仍然用U型金屬鋼支護(hù),并用錨索、鋼梁加固,外加噴漿加強(qiáng)支護(hù);原來是錨網(wǎng)噴支護(hù)的,修復(fù)后仍采用錨網(wǎng)噴支護(hù),輔之淺孔注漿加固;(2)改變原來支護(hù)形式。對于原來是錨網(wǎng)噴支護(hù)的,考慮處于斷層帶、壓力大,翻修為U型金屬鋼支護(hù),用錨索、鋼梁加固后,加于噴漿加強(qiáng)支護(hù)。

        1.1.2 原巷道采取的注漿方法

        主要采取淺孔注漿方法。通過對巷道表層向內(nèi)200~600mm范圍的圍巖,進(jìn)行淺孔注漿,使其膠結(jié)成整體加固圈,以增強(qiáng)抵抗來自圍巖體的壓應(yīng)力。

        1.2 現(xiàn)巷道修復(fù)采取的新工藝方法

        (1)對失修巷道按原設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行修復(fù)。(2)巖層相對穩(wěn)定的,采用錨網(wǎng)索噴支護(hù),然后進(jìn)行深、淺孔注漿;對于處在煤層、泥巖、地質(zhì)構(gòu)造帶區(qū)域的巷道,采取架設(shè)高強(qiáng)度36#U型金屬棚,錨索、鋼梁鎖固,再進(jìn)行深、淺孔注漿。

        1.3 巷道深、淺孔注漿新技術(shù)原理

        失修巷道在修復(fù)時(shí),由于煤層或巖體在開挖后,形成一個(gè)空間,打破了原始煤層或者巖層原有的應(yīng)力平衡狀態(tài),周圍巖體的應(yīng)力就會(huì)慢慢釋放出來,直到達(dá)到新的平衡。翻修好的巷道,雖然進(jìn)行了有效支護(hù),但是巷道的周圍圍巖(煤層或巖體)已經(jīng)產(chǎn)生了裂隙,隨著地應(yīng)力的不斷作用,巷道還會(huì)不斷的變形。

        創(chuàng)新采取深、淺孔注漿充填技術(shù)。其原理是在中央軌道石門修復(fù)好的巷道內(nèi),在原有淺孔注漿技術(shù)的基礎(chǔ)上,再對巷道圍巖1~10m范圍內(nèi)的深部圍巖裂隙充填,使巷道周圍的圍巖與深部圍巖膠結(jié)成拱形連續(xù)體加固圈。深、淺孔注漿的結(jié)合,使得圍巖淺部和深部共同形成了新的深厚拱形加固圈,并與原圍巖形成一個(gè)整體,提高了圍巖的內(nèi)聚力和圍巖的強(qiáng)度,使得巷道不易被破壞。

        2 深、淺孔注漿技術(shù)參數(shù)以及注漿工藝和注漿設(shè)備

        2.1 注漿用錨注管及水泥參數(shù)

        2.1.1 注漿錨注管。(1)注漿錨注管規(guī)格:采用Ф20mm的無縫鋼管制作,鋼管壁厚2.5mm,長度分別為L=1000mm,L=2000mm,L=3000mm搭配使用;(2)注漿錨注管兩頭扳絲,注漿錨注管之間用束結(jié)(卡箍)連接;注漿錨注管桿體上每隔300mm對稱T字型布置梅花Ф6mm的注漿孔;錨固段630mm,開有馬牙,末端部70mm制作成M20的螺紋和鋼管連接。

        2.1.2 注漿水泥參數(shù)。(1)注漿水泥及配比:采用單液水泥漿,水泥選用P·C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥,水與水泥比為0.7:1或1:1;(2)水與水泥比為0.7:1時(shí),攪拌桶容積0.39m3;滿桶時(shí):用水270kg、水泥8袋;桶2/3處時(shí):用水160kg、水泥5袋;(3)水與水泥比為1:1時(shí),攪拌桶容積0.39m3,滿桶時(shí):用水300kg、水泥6袋;桶2/3處時(shí):用水200kg、水泥4袋。

        2.2 深、淺孔注漿工藝

        (1)巷道深、淺孔注漿技術(shù)的特點(diǎn):在巷道頂板布置深、淺錨注管各1組,兩幫幫部分別布置深、淺錨注管各1組,間距為20m;錨注管深孔采用42#鉆頭鉆孔,淺孔采用32#鉆頭鉆孔;錨注管深孔施工長度為10m,安裝錨注管長度為8m,錨注管淺孔施工長度為1m,安裝錨注管長度為1m;注漿孔內(nèi)同時(shí)安裝淺部和深部兩根注漿管。(2)根據(jù)巷道圍巖的地質(zhì)條件,淺孔注漿壓力為:正常注漿壓力不超過1.0MPa。淺孔注漿時(shí),需要反復(fù)壓入,等到長管返水、返漿時(shí)暫停注漿。一個(gè)圓班后,進(jìn)行深孔注漿,深孔注漿壓力為:正常注漿壓力不小于4MPa。(3)根據(jù)巷道注漿圍巖特征,每2排中間取一組驗(yàn)收點(diǎn),采用清水試壓法進(jìn)行驗(yàn)收,終壓不低于4MPa。(4)施工工藝:標(biāo)孔→鉆孔→檢查鉆孔的質(zhì)量→安裝注漿管及封孔部件→封孔→開泵注漿→注漿質(zhì)量檢查→驗(yàn)收。

        2.3 深、淺孔注漿設(shè)備

        (1)鉆進(jìn)深、淺孔注漿孔,采用KMQTB/130風(fēng)錘或MQT-130/3.0風(fēng)動(dòng)錨索機(jī)打眼。(2)與KMQTB/130風(fēng)錘或MQT-130/3.0風(fēng)動(dòng)錨索機(jī)相配套的鉆桿、Ф42鉆頭和Ф32鉆頭若干。(3)ZBY-50/70-11電動(dòng)注漿泵。(4)與電動(dòng)注漿泵配套的主要進(jìn)風(fēng)管,型號為KJ-25×10、KJ-16×10等若干根。

        3 巷道采用深、淺孔注漿技術(shù)安全技術(shù)措施

        (1)進(jìn)行深、淺孔錨注前,必須找凈巷道的頂、幫活矸危巖,加強(qiáng)頂板管理。(2)注漿人員要佩戴好勞動(dòng)保護(hù),佩帶防護(hù)眼鏡和手套;拌料及添料時(shí),防止?jié){液濺傷眼睛或皮膚;拌料時(shí),施工人員不得將身體任何部位伸入運(yùn)行的攪拌桶內(nèi)。(3)所有注漿管路的聯(lián)接,必須采用專用U型銷子;在絲扣連接處,必須上緊絲扣,聯(lián)接絲扣必須牢固可靠,并使用8#鐵絲進(jìn)行二次保護(hù)。(4)施工人員不要站在正在注漿的錨注管正下方和正前方,注漿槍頭前后20m處,要設(shè)好警戒,未經(jīng)允許不準(zhǔn)人員隨意通過。(5)在進(jìn)行注漿作業(yè)時(shí),若需要人員登高作業(yè),登高作業(yè)人員必須戴保險(xiǎn)帶。(6)漿液制作時(shí),嚴(yán)格掌握注漿技術(shù)參數(shù)與漿液配比要求,水灰比和注漿終壓值,必須滿足設(shè)計(jì)要求。(7)注漿期間,如果發(fā)現(xiàn)跑漿、或者壓力變化巨大等異常情況,必須立即停止注漿,待查明原因,處理好隱患后,方可恢復(fù)注漿。

        4 修復(fù)巷道采取深、淺孔注漿技術(shù)加固效果分析

        (1)先期進(jìn)行深、淺孔注漿新技術(shù)的巷道,是位于-768m的中央軌道石門900~1000m段巷道,通過創(chuàng)新采取深、淺孔注漿技術(shù)加固后,現(xiàn)場布置位移點(diǎn)觀察,巷道的變形得到了有效的控制,兩年來沒有明顯位移量。(2)通過中央軌道石門的成功應(yīng)用,接著在東一軌道石門、東一軌道大巷,以及東三軌道石門和軌道大巷,也相繼采用了深、淺孔注漿新技術(shù),均取得了明顯的效果;接著在西區(qū)也全面推廣應(yīng)用了此項(xiàng)技術(shù),巷道一年多來都沒有出現(xiàn)變形位移量。(3)目前劉莊煤礦巷道失修現(xiàn)狀已經(jīng)發(fā)生根本性改觀,巷修隊(duì)到了沒有失修巷道可修的良好境況。不光是維簡費(fèi)、人工工資費(fèi)節(jié)約了,而且能抽出巷修隊(duì)伍從事生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。

        5 通過對比得出的結(jié)論

        (1)相比傳統(tǒng)的注漿工藝,深、淺孔注漿技術(shù)不僅控制了巷道表層的破碎圍巖,更一步加固了深層破碎的圍巖,使之結(jié)合成整體。(2)相比傳統(tǒng)的巷道修復(fù)技術(shù),如刷擴(kuò)后錨索網(wǎng)噴、錨網(wǎng)索噴架設(shè)金屬棚和后期的傳統(tǒng)注漿,深、淺孔注漿施工工期快,修復(fù)成本低。(3)采用深、淺孔注漿技術(shù),改善了巷道圍巖狀況,提高了圍巖本身的穩(wěn)定性。

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