閆克明
(蒲縣應急管理局,山西 臨汾 041000)
昊興塬煤業(yè)2108 工作面為一次采全高綜合機械化采煤工作面,工作面長度200 m,工作面煤層平均厚度3.0 m,工作面傾角0~4°。該工作面位于斷層影響區(qū)的120 號架至138 號架之間出現(xiàn)不同程度的漏頂現(xiàn)象。采用美固MP367 對支架前梁上方的破碎矸石及空洞進行粘結(jié)、填充處理,并對工作面煤幫和頂煤進行加固處理[1-3]。
考慮到該工作面煤壁比較完好,只是工作面頂板比較破碎,且支架前梁上部矸石比較破碎,因此選擇滲透性好、黏結(jié)力強、強度高的加固材料對工作面頂板進行加固處理,并對支架前梁上部破碎矸石進行填充、粘結(jié)處理。加固材料選用強度高、強度發(fā)展快的加固材料,填充材料選用發(fā)泡速度快、發(fā)泡倍數(shù)大的充填材料,本次采用美固MP367 為加固和充填材料。美固MP367 是一種反應快、劇烈發(fā)泡的礦物泡沫樹脂,由兩種獨立成分構(gòu)成,使用時按照1:1 的體積比混合。其特點:反應迅速(混合后20 s 后始發(fā)泡),發(fā)泡倍數(shù)大(發(fā)泡倍數(shù)為25至30 倍),對水不敏感(無須與水接觸發(fā)泡),在巖石潮濕環(huán)境下不影響材料性能,具有阻燃性和抗靜電性,反應溫度低(美固MP367 的反應溫度大約為95 ℃)。
本次注漿設備主要包括氣動注漿泵和注射混合槍。把設備垂直放平,放在安全且不影響通行的位置,并視注漿孔的情況把設備盡量放在利于多孔注漿的位置;連接風源,風源連接前應把風管中的雜物沖掉,并保證隨設備的移動風管亦應移動方便,或者移動設備后能就近接入風源;連接注漿管路,把兩根DN13 的高壓膠管分別連接到兩注漿缸體上,并用u 型卡固定牢靠;分別把兩個吸料管放入樹脂和催化劑的包裝桶,并在缸體上做好標記,再次施工,原吸料管也應同于上次的樹脂和催化劑的包裝桶;開動氣泵時兩種液體吸入缸體并從DN13 的高壓膠管中排出,持續(xù)開動氣泵幾分鐘,觀察注漿比例和吸料情況。氣動注漿泵主要的技術規(guī)格與技術要求包括混合比為1:1 或4:1,流量為8.4 L/min ,工作行程為120 mm,往復頻率為70 min-1,耗氣量為2 m3/min,額定壓力為12.5 MPa,最大出口壓力為21 MPa。雙液化學注漿系統(tǒng)設備布置圖如圖1,氣動注漿泵及其主要參數(shù)如圖2。
圖1 雙液化學注漿系統(tǒng)設備布置圖
圖2 氣動注漿泵及其主要參數(shù)
2108 工作面120 號架至138 號架之間受斷層影響,造成該段出現(xiàn)不同程度的漏頂現(xiàn)象,因此需要對該段支架前梁上部空間進行填充處理,并對支架前梁斜上部冒落體進行粘結(jié)處理。
注漿孔布置:在2108 工作面120~138 號架頂板下方0.3~0.5 m 左右與底板成25°角、孔間距3 m、注漿孔4 m 左右(前段3 m 為注射花管),支架前梁后1 m 左右成40°角、孔間距3 m、注漿孔6 m左右(前段3 m為注射花管)向工作面頂板加固注漿。
由于目前工作面125~132 號架支架前梁上部為破碎冒落體且局部存在空洞,因此對該破碎冒落體及空洞進行粘結(jié)、填充處理。每兩架布置一個注漿孔,注漿孔最深2 m(前1 m 為注射花管)。工作面注漿布置平面圖和剖面圖如圖3。
圖3 工作面注漿布置平面圖和剖面圖
2108 工作面漏頂區(qū)注入5.2 t 美固MP367 材料,注漿改造期為10 d,通過注漿加固,頂板得到了有效控制,工作面得以順利推進。與傳統(tǒng)人工排木垛、挑梁處理工作面冒頂?shù)姆椒ǎs25 d)相比,壓縮施工時間15 d,雖然直接材料成本有所提高,但工作面能提前半個月生產(chǎn),當月產(chǎn)量達到4.5 萬t,而且處理漏頂作業(yè)的安全性得到大幅提高,其技術經(jīng)濟效益明顯。
(1)穩(wěn)定性。美固MP367 注漿材料是一種新技術的推廣,它是由樹脂和催化劑基本成分組成,注入煤巖層幾秒鐘后,經(jīng)過化學反應生產(chǎn)的聚亞膠脂產(chǎn)品開始膨脹,對圍巖松動圈裂隙進行充填,對破碎松散體進行粘結(jié),使之成為一個整體,提高圍巖的穩(wěn)定性和抗壓能力。
(2)安全性。沒有使用注漿材料前,該漏頂區(qū)的頂板是破碎巖體,頂板、幫部煤體松軟,人工裝頂安全威脅大。注漿后,頂板的松散巖層粘連在一起,狀態(tài)良好,未發(fā)生二次漏頂及其他衍生事故,保證了施工作業(yè)現(xiàn)場的安全。
(3)時效性。沒有使用注漿材料前,由于頂板碎石較多,推溜拉架困難,支架無法向前推進,共發(fā)生4 次工作面片幫事故,片幫范圍最長段12 架,嚴重影響了工作面的安全生產(chǎn)。注漿后,破碎煤巖體整體性形成后,工作面在出貨時頂板不再漏貨,為工作面生產(chǎn)快速恢復提供了強有力的保證。
通過使用美固MP367 注漿材料前、后產(chǎn)量統(tǒng)計分析:2108 工作面在注漿后產(chǎn)量較注漿前平均增加5 刀/d,即每天多出煤1500 t(300t/刀);噸煤利潤按210 元計算,則每天凈增31.5 萬元;多產(chǎn)出效益315 萬元,工作面注入美固MP367 材料5.2 t,單價3.0 萬元/t,再加上注漿配件使用費用等,需發(fā)生費用20 萬元,實際多產(chǎn)出效益295 萬元,其經(jīng)濟效益明顯。
開采實踐表明,美固MP367 材料能夠及時粘結(jié)、加固松動破碎的煤巖層,注漿加固漏頂區(qū)、空洞區(qū)域時沒有發(fā)生大面積抽漏現(xiàn)象,達到了預期的頂板控制效果,實現(xiàn)了安全回采。與傳統(tǒng)人工排木垛、挑梁處理工作面冒頂?shù)姆椒ㄏ啾?,該方法壓縮施工時間15 d,注漿材料前、后產(chǎn)量統(tǒng)計分析,實際多產(chǎn)出效益295 萬元,其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益明顯。