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        97309綜采工作面過斷層注漿加固技術(shù)研究

        2021-10-14 06:42:44
        山東煤炭科技 2021年9期
        關(guān)鍵詞:封孔煤壁漿液

        郭 鵬

        (山西晟泰能源投資有限公司,山西 晉城 048000)

        斷層是煤炭回采時(shí)常遇地質(zhì)構(gòu)造,采面過斷層時(shí)易發(fā)生頂板冒落、煤壁片幫等事故,從而給煤炭回采安全帶來一定威脅[1-2]。在采面過斷層期間采取適當(dāng)措施對(duì)破碎、不穩(wěn)定煤巖體進(jìn)行改造,可為煤炭回采安全創(chuàng)造良好條件[3]。為此,以寺河煤礦二井97309綜采工作面過斷層為研究對(duì)象,提出采用注漿加固方式對(duì)斷層破碎帶煤巖體進(jìn)行改造,為采面過斷層創(chuàng)造了良好條件。

        1 工程概況

        97309工作面走向長690 m,傾斜長180 m,回采9號(hào)煤,埋深390 m,煤層厚度1.6 m,傾角3°。頂?shù)装鍘r層巖性以砂巖為主,具體見表1。

        表1 9號(hào)煤頂?shù)装鍘r性

        回采巷道揭露地質(zhì)情況是掌握回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的重要手段。97217巷(進(jìn)風(fēng)巷)掘進(jìn)期間揭露DF41、DF102斷層,97219巷(輔助進(jìn)風(fēng)及運(yùn)輸巷道)掘進(jìn)期間揭露DF32斷層,97220巷(主回風(fēng)巷)掘進(jìn)期間未揭露斷層。根據(jù)后期物探以及鉆探成果發(fā)現(xiàn),采面回采至260 m時(shí)會(huì)揭露DF32斷層(H=1.0~2.1 m,213°∠30°),回采 至351.3 m時(shí) 揭 露DF41斷 層(H=0.5~1.0 m,257°∠58°),回采至629.8 m時(shí)揭露DF102斷層(H=1.2~2.5 m,223°∠49°)。在采面過斷層期間圍巖破碎,冒落以及片幫風(fēng)險(xiǎn)較高。

        2 注漿加固方案

        2.1 注漿加固材料

        為了提高斷層影響帶附近破碎煤巖體強(qiáng)度,降低注漿加固成本,注漿采用凱密安材料。該材料為新型的無機(jī)加固材料,材料膠結(jié)過程中不會(huì)產(chǎn)生大量的熱,同時(shí)可對(duì)破碎煤巖體有較好的膠結(jié)效果[4]。該材料由A、B兩種漿液構(gòu)成,漿液混合3~10 min后即可膠結(jié),按照0.8:1水灰比配合1 h后,漿液凝結(jié)強(qiáng)度可達(dá)到8 MPa以上,可滿足井下破碎煤巖體加固需要。注漿材料性能參數(shù)見表2。

        表2 注漿材料性能參數(shù)

        2.2 注漿加固鉆孔布置

        常用的注漿鉆孔布置方式有兩種:一種是回采巷道內(nèi)超前注漿;一種是采面內(nèi)注漿?;夭上锏纼?nèi)超前注漿可降低注漿對(duì)采面回采影響,但是需要精準(zhǔn)掌握斷層賦存參數(shù)以及延展情況;采面內(nèi)注漿可提高注漿精準(zhǔn)性,降低注漿漿液消耗量,但是注漿一般在一定程度上影響采面推進(jìn)[5-7]。

        寺河礦二井生產(chǎn)任務(wù)繁重,若由于注漿加固導(dǎo)致采面無法快速推進(jìn)顯然不能滿足礦井生產(chǎn)需要。為此,選用在回采巷道內(nèi)超前注漿方式對(duì)斷層影響帶內(nèi)破碎煤巖體進(jìn)行加固。

        2.2.1 鉆孔布置及封孔

        97217巷(進(jìn)風(fēng)巷)掘進(jìn)期間揭露DF41、DF102斷層,97219巷(輔助進(jìn)風(fēng)及運(yùn)輸巷道)掘進(jìn)期間揭露DF32斷層,為此,分別在97217巷、97219巷布置注漿孔對(duì)揭露的3條斷層進(jìn)行加固,加固范圍均為10 m。以加固DF41斷層破碎帶為例,對(duì)注漿加固鉆孔布置參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        在97217巷內(nèi)布置的注漿加固鉆孔分2排布置,其中第一排鉆孔距離巷道底板1.0 m,主要起到加固斷層影響帶內(nèi)破碎煤體作用;第二排鉆孔距離巷道底板2.5 m,主要起到加固破碎帶內(nèi)巖層作用。第一排、第二排鉆孔仰角分別為1°~2°、3°~4°,鉆孔孔深均為65 m,實(shí)現(xiàn)對(duì)斷層在采面發(fā)育范圍全覆蓋注漿。具體注漿鉆孔布置如圖1。

        圖1 注漿孔布置示意圖

        注漿鉆孔封孔采用“兩堵一注”方式,封孔長度設(shè)計(jì)為6 m,封孔管為直徑20 m無縫鋼管,封孔材料為雙液速凝材料。具體封孔結(jié)構(gòu)如圖2。

        圖2 “兩堵一注”封孔結(jié)構(gòu)

        2.2.2 注漿參數(shù)

        (1)注漿壓力

        注漿壓力過大會(huì)導(dǎo)致鉆孔漏漿嚴(yán)重,同時(shí)會(huì)在煤巖體中形成新的裂隙,注漿壓力過小則存在注漿效果不佳問題。根據(jù)礦井以往注漿經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試注情況,選擇高壓注漿方式進(jìn)行注漿,注漿壓力設(shè)計(jì)為8~10 MPa,當(dāng)鉆孔漏漿嚴(yán)重時(shí)將注漿壓力降低至6 MPa。

        (2)注漿量

        注漿量與注漿壓力、煤巖體裂隙擴(kuò)展情況以及注漿長度等因素相關(guān)。初步估算單個(gè)注漿孔注漿量控制在450 kg。

        3 注漿效果

        在97217巷注漿完成后,布置窺視鉆孔分析注漿加固效果。由圖3可知,采用凱密安注漿對(duì)DF41斷層破碎帶加固后,巖層裂隙被注漿漿液充填,從而可在一定程度上提升破碎煤巖體強(qiáng)度及穩(wěn)定性。

        圖3 鉆孔窺視圖

        在采面回采過DF41斷層破碎帶期間對(duì)頂板以及煤壁穩(wěn)定性進(jìn)行記錄,雖然采面過斷層期間處于仰斜開采,但煤壁未出現(xiàn)片幫,頂板未有冒落。表明在97217巷進(jìn)行超前注漿后,斷層破碎帶煤巖體穩(wěn)定性得以明顯提升,可為采面安全、快速過斷層創(chuàng)造良好條件。

        4 結(jié)論

        (1)97309綜采工作面需要采用仰采方式過斷層,斷層破碎帶內(nèi)煤巖體破碎,若不采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧O其容易導(dǎo)致煤壁大范圍片幫、頂板冒落或者架間漏頂問題。為此,提出在回采巷道內(nèi)布置鉆孔對(duì)斷層破碎帶煤巖體進(jìn)行加固。

        (2)以采面過DF41斷層為具體實(shí)例,對(duì)鉆孔布置方案、注漿參數(shù)以及注漿效果等進(jìn)行分析?,F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后,采面過斷層期間未有片幫、冒頂?shù)仁鹿拾l(fā)生,表明超前注漿技術(shù)方案取得較好的應(yīng)用成果。

        (3)在采面后續(xù)過斷層時(shí)可分別在97217巷揭露DF102斷層位置以及97219巷揭露DF32斷層位置布置注漿鉆孔,對(duì)斷層破碎帶進(jìn)行加固,確保采面過斷層安全。

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