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        赤峪煤礦集中輔運下山壁后注漿加固技術(shù)研究

        2022-04-22 07:42:58趙東生
        山東煤炭科技 2022年3期

        趙東生

        (冀中能源邯礦集團(tuán)山西金地煤焦有限公司赤峪煤礦,山西 文水 032100)

        1 工程概況

        冀中能源邯礦集團(tuán)山西金地煤焦有限公司赤峪煤礦中央采區(qū)集中輔運下山為下山開拓巷道,巷道為直墻半圓拱型,凈下寬5.4 m,凈高4.6 m,支護(hù)形式為錨網(wǎng)梁索噴支護(hù)。集中輔運下山在沿2號煤層掘進(jìn)過程中,巷道受兩翼回采動壓及礦壓影響,圍巖破碎,礦壓顯現(xiàn)明顯,造成巷道變形嚴(yán)重??紤]到集中輔運下山巷道服務(wù)時間長,為保證該巷道在服務(wù)期內(nèi)的穩(wěn)定性,共同研究決定對下山開拓巷道進(jìn)行壁后注漿加固措施[1-6],有效控制中央采區(qū)集中輔運下山的巷道變形問題,保證滿足設(shè)計、安全使用的斷面要求。

        2 壁后注漿加固參數(shù)

        2.1 注漿孔布置和參數(shù)

        淺孔:采用矩型布置,孔間距根據(jù)巖層性質(zhì)確定,考慮到巖層橫向節(jié)理相對比豎向裂隙發(fā)育,因此在布置注漿孔時,頂孔間距相對比幫部大。各注漿孔剖面和展開圖如圖1、圖2,每排布置4個孔,孔徑Ф42 mm(根據(jù)灌漿塞規(guī)格及技術(shù)要求確定),淺孔孔深2.4 m,排距為3 m,使用灌漿塞進(jìn)行封孔。

        圖1 集中輔運下山注漿孔布置剖面圖(mm)

        圖2 集中輔運下山注漿孔布置展開圖(mm)

        深孔:在淺孔注漿結(jié)束后,打4.8 m孔,每排布置5個孔,與淺孔成五花眼布置;深孔布置原則同淺孔。采用錨桿機(jī)施工,孔口孔徑42 mm(根據(jù)灌漿塞規(guī)格及技術(shù)要求確定),內(nèi)部孔徑28 mm,采用灌漿塞封堵灌漿法。

        2.2 注漿材料

        2號煤裂隙發(fā)育,孔隙率為5.1%,具備通過粗粒徑漿液的縫隙通道,因此注漿材料選用42.5 MPa(原425#)普通硅酸鹽水泥,水玻璃為40 °Bé。

        2.3 注漿參數(shù)

        2.3.1 壓注參數(shù)設(shè)計

        (1)注漿壓力。設(shè)計淺部注漿壓力最高為3 MPa(根據(jù)現(xiàn)場施工情況而定,如現(xiàn)場某個鉆孔吃漿量較大而周圍無跑漿漏漿情況時,且壓力數(shù)值不上升采用水玻璃加量等辦法提高凝結(jié)速度達(dá)到注漿效果);深部注漿壓力最高為5 MPa(出現(xiàn)壓力數(shù)值不上升、吃漿量大情況按以上淺部注漿孔實施辦法施工)。

        (2)注漿擴(kuò)散半徑。在施工現(xiàn)場,主要采用調(diào)整漿液膠凝速度、滲透性和注漿終壓等參數(shù),進(jìn)而實現(xiàn)注漿有效擴(kuò)散半徑不小于2.0 m。施工過程中應(yīng)注意漿液擴(kuò)散情況,如注漿量大,說明擴(kuò)散半徑大,可適當(dāng)增加注漿孔的間排距。

        (3)單孔吃漿量

        單孔吃漿量:Q=AπR2LnB

        式中:A為損耗系數(shù);R為有效擴(kuò)散半徑,m;L為注漿段長,m;n為開口孔隙率;B為漿液充填系數(shù)。

        2.3.2 注漿材料配比參數(shù)設(shè)計

        (1)水泥漿的水灰比(質(zhì)量比)控制在(0.65~0.85):1左右。

        (2)采用水泥-水玻璃漿液,水玻璃濃度約為10~20 °Bé,水泥漿與水玻璃控制在1:(0.1~0.3)左右。

        2.4 灌漿塞參數(shù)

        灌漿塞基本參數(shù)見表 1。

        表1 灌漿塞基本參數(shù)表

        3 注漿施工工藝

        3.1 水灰比、材料

        對于注漿材料的確定,主要是從對巷道的壁后加固效果以及加固經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合考慮。本次集中輔運下山注漿采用425#硅酸鹽水泥為注漿原料。水灰比為(0.7):1(水灰比按現(xiàn)場吃漿量大小調(diào)節(jié)比例,擴(kuò)散范圍越大水灰比例越高)。

        3.2 注漿量及泵壓

        要保障巷道注漿加固注漿量的合理,吃漿量太大,擴(kuò)散距離太遠(yuǎn)將造成極大的浪費,吃漿量太小,注漿效果差,因此需要在現(xiàn)場靈活掌握注漿量。主要從以下兩個方面考慮:一是控制泵壓,吃漿量大時,泵壓應(yīng)適當(dāng)減小,必要時增加水玻璃;吃漿量較小時,泵壓適當(dāng)提高,但淺孔最高控制在3 MPa,深孔注漿壓力最高控制在5 MPa;二是相鄰鉆孔一旦跑漿應(yīng)停止注漿,并對跑漿孔進(jìn)行插孔復(fù)注。

        3.3 注漿泵

        注漿壓力泵型號為2ZBQ—30/30、2ZBQ30/6型氣動注漿泵,額定壓力為6 MPa,額定流量為30 L/min;2ZBQ—24/10型氣動注漿泵,額定壓力10 MPa,額定流量30 L/min。

        3.4 注漿工藝及流程

        注漿工藝流程示意圖如圖3。

        圖3 注漿工藝流程圖

        (1)將風(fēng)水管路、注漿泵、攪拌機(jī)、儲漿池、吸漿桶等材料和設(shè)備運輸并安裝到位。

        (2)施工好鉆孔后,將注漿管嵌入到鉆孔中,并在管上纏以麻絲或棉布,防止注漿壓力將管頂出,做好封孔工作后,將注漿管與注漿泵連通,并安裝好壓力表,準(zhǔn)備工作完成后進(jìn)行注漿作業(yè)。

        (3)正常情況下水泥漿的配比為水灰比平均數(shù)0.7:1,水泥為425#普通硅酸鹽水泥,攪拌均勻后立即進(jìn)行注漿。跑漿嚴(yán)重可適當(dāng)增加水玻璃,水玻璃為40 °Bé,模數(shù)2.8~3.2,水玻璃濃度應(yīng)控制在10~20 °Bé,水泥漿與水玻璃之比應(yīng)控制在1:(0.1~0.3)。

        (4)注漿完畢后,根據(jù)觀測結(jié)果確定是否需要進(jìn)行復(fù)注,并確定復(fù)注位置,進(jìn)而重新打眼進(jìn)行復(fù)注施工。

        (5)注漿時漿液的濃度一般是按先稀后濃的原則,當(dāng)注漿壓力升至4 MPa并維持5 min即可結(jié)束注漿。

        (6)注漿完畢后應(yīng)立即將吸漿管放入清水桶內(nèi)改吸清水,從而實現(xiàn)對泵腔和管路的清洗,清洗時間一般不少于10 min。

        3.5 注漿效果檢驗

        注完漿后需對注漿效果進(jìn)行檢驗,采取方法為:一種是隨意選擇地點打孔,用窺視儀進(jìn)行窺視,觀察孔內(nèi)裂隙充填是否密實。另一種方法是打孔后進(jìn)行復(fù)注漿,如仍然吃漿量較大,說明注漿效果較差,需以該段進(jìn)行補孔重新注漿;如不吃漿,或吃漿量很少,說明注漿效果較好。經(jīng)以上兩種方法檢驗,中央采區(qū)集中輔運下山壁后注漿效果較為理想。

        4 治理效果

        中央采區(qū)集中輔運下山壁后注漿加固時間為2021年3月5日—4月30日,施工完成后,在中央采區(qū)集中輔運下山壁后注漿加固段100 m范圍內(nèi)每隔10 m布置一個測站對頂板下沉量及兩幫移近量進(jìn)行觀測,測站布置如圖4。

        圖4 測站布置示意圖(mm)

        從兩個月的監(jiān)測數(shù)據(jù),注漿加固后,頂板累計下沉量為24 mm,對比之前46 mm的下沉量,頂板位移量大幅度降低;兩幫累計移近量為12 mm,對比之前59 mm的移近量,兩幫移近量同樣大幅度降低。對比監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,中央采區(qū)集中輔運下山巷道圍巖變形量很小,基本趨于穩(wěn)定,中央采區(qū)集中輔運下山壁后注漿加固治理后,圍巖變形速度較慢,圍巖得到了良好的控制。

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