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摘要:红岭煤业公司位于安阳市西北38km,南距水冶镇15km,北距岳城水库3km。1977 年12 月投产,设计能力15 万吨/年,随着矿井的发展,历经多次改造,目前年生产能力达到90万吨/年。红岭公司1505采煤工作面的下巷净宽5.0m,净高3.4m,净断面积17.3m2,采用U型钢架棚支护,棚间距700mm。该巷道所处煤层稳定,最厚7.0m,最薄5.0m,平均厚度6.0m,老顶是细粒砂岩,直接顶为砂质泥岩。1505 工作面的下巷与1507采煤工作面的上巷平行,中间留设3-5m 的小煤柱,因为煤柱太小,并且受1507 工作面的采动影响,造成煤体松软破碎,顶板管理困难,经常出现顶板冒落1-2m 情况,支护困难,并且威胁工人的人身安全,同时也严重影响掘进进度。为改变以上问题,经该矿相关技术人员研究,决定采用立固安加固剂进行超前预加固,从而加强巷道顶板的强度。
关键词:煤体;破碎;冒顶;立固安;高度粘;加固剂;超前;预加固;稳固岩体;支撑力
1立固安加固技术原理
立固安是一种有机化学胶,由双组分按照1:1 的体积比反应生成,具有良好的加固和堵水性,广泛应用于煤矿和隧道的岩层加固、地下堵水等工程。该产品的高度粘合力和良好的机械性能,能保证其与地层产生高度粘合;良好的柔韧性和回弹性可以随岩体压力的长期作用;并且具有强抗渗性能、抗磨、抗冲击性能和抗老化性能,从而达到长久稳固岩体的目的。
立固安可通过加入一定的加速剂提高产品的反应速度,注人地层
后,低粘度混合物保持液体状态1~2 分钟,在强大的注射压力下能很快地充分渗透到细小的裂隙中膨胀凝固(煤岩体不含水时,混合反应膨胀倍数较小,膨胀3 倍左右),从而有效地加固和密封围岩,提高煤岩体整体强度。很短时间内其聚合力达到1.5MPa,3~4h 后抗压强度大于27 MPa。
2立固安注浆加固设计
2.1 布孔参数
该掘进工作面每天的推进速度是6 m,利用检修班进行注浆超前
加固,加固距离在6 m左右,不影响其它时间的正常生产。在掘进工作面的迎头,沿巷道顶板与煤壁交接的半圆形弧线上,平均布置3 个钻孔,孔径42mm,仰角10~15 度,孔深8~10 m,钻孔内插入4~5 m长的套管,套管的前2 m为花管,便于加固材料的扩散,详细钻孔参数如表1 所示。
2.2 注浆机具与注浆压力
整个加固过程采用KFNQS-11/10 型气动注浆泵,它采用压缩空气为动力源,利用气缸和注浆缸具有较大的作用面积比,以较小的气压使缸体产生较高的注浆压力。使该注浆泵正常工作的风源压力为0.4~0.6 MPa,注浆的最大输出压力为26 MPa。另外,施工机具还有一个混合注射枪、两根高压软管、7655 型风锤一台、外径为42 mm 封孔器、棉纱若干。
2.3 施工工艺和参数
施工的工艺流程(如图1 所示):先按照预先设计好的钻孔施工参数进行打钻,然后往钻孔里面下注浆管,在钻孔的孔口安装封孔器,封孔器的一端和钻孔内的注浆管相连,另一端用高压管和注射枪与注浆泵相连,同时将两根吸管分别插人立固安树脂和催化剂桶内,分别通过气动泵的A、B 两个活塞缸把两种原料抽出,通过高压胶管,在注射枪内部混合均匀,混合液进去钻孔内部,在1min 左右进行凝固,起到加固煤岩的作用。如果注浆过程中发现钻孔四周的裂隙开始有浆渗出,则停止注浆,快速冲洗机具并拆卸注射枪。
钻孔施工采用7655 型风钻,孔直径为42 mm,注浆管外径为25mm,下进钻孔4~5 m,前端2m 的管壁四周开设若干直径为25mm的小孔,形成花管,便于浆液的扩散。每孔注浆量根据实际情况确定,当钻孔四周有大量浆液漏出时,必须换孔或停止注浆。在有关技术人员的指导下组装好气泵及附件,将两根吸管分别插入到立固安树脂桶和催化剂桶中。打开气泵开关,活塞在气马达作用下运动,压力使原料经过活塞进入输送管到注射枪,到达封孔器处停止,马达不断加压,当压力大于5 MPa 时,封孔器自动张开,混合液通过注浆管扩散至煤体内,封孔器张开堵塞住注浆管与孔壁之间的间隙起到封口作用。混合液在强大的压力作用下渗透到煤壁中并很快凝固成固体,从而完成了煤体加固。
立固安加固材料的相关参数如表2 所示。
3施工中注意事项
3.1 立固安药剂具有腐蚀性,所有施工人员戴防护镜和乳胶手套。
3.2 每一孔注射结束后,应立即将两根吸管插人油水混合液中清洗泵体、管路及注射枪。
3.3 注射过程中如壓力达到10 MPa 仍继续上升则立即停泵,检查注射枪是否堵塞。
3.4 注射过程中两侧人员准备好棉纱,一旦混合液渗出,立即堵塞。
3.5 注浆施工必须由下而上进行,分组注浆,1 个1# 孔和1 个2# 孔为一组,第一组未注完不许注下一组。
3.6 注浆的孔口用棉纱进行封堵,防止瓦斯外泄。
3.7 打注浆孔时出现瓦斯异常等情况时,及时用黄泥堵孔口。
4结论
通过以上论述,采用立固安超前预加固松软煤层具有以下优点:
4.1立固安混合液在液体状态时粘度低,能很好地渗入到煤岩的细小裂隙中,并和煤岩体胶结在一体,形成了完整的整体,进而改变原有破碎煤体的整体性和完整性,提高了煤岩体的自身承载能力。加固后,没有出现冒顶现象,
消除了掘进过程中冒顶带来的安全危险,保证了作业人员的安全,改善了作业环境。
4.2避免了因巷道冒顶而产生处理冒顶带来的作业时间,减少员工劳动强度的同时提高工效,加快了掘进速度,提升了安全生产管理。
4.3在安全方面,立固安被注射进煤层后,能迅速渗透细微裂缝,膨胀凝固,利用其本身和岩石优良的连接、粘固特性,使破碎的岩石连接成一个整体,增加岩层的固性和支撑力。预防顶板破碎和冒顶等事故,保障生产安全。应用该技术施工,与传统人工架木垛接顶方法处理冒顶相比,极大的提高了安全。
4.4在工艺方面,该技术工艺简单,操作方便。只需要1台风动注浆泵,两人操作,封口简单,黑、白料容易区分。可有效简化施工流程,节约施工时间并降低施工成本。
4.5在工期方面,应用该技术施工,缩短了处理冒顶带来的施工时间,工效得到提高,减少事故损失。
4.6在经济效益方面,立固安混合液每吨价格为2.28万元,而我矿曾经采用的尤卡尼、马丽散聚亚胺胶脂加固材料为每吨4.8万元,比尤卡尼、马丽散每吨便宜2.52万元,按照每个循环注浆1.5吨、1505下巷注浆10个循环计算,可节约注浆材料37.8万元。
作者简介:
许强,中级职称,现任安阳鑫龙煤业(集团)红岭煤业有限责任公司生产技术部业务主管。
关键词:煤体;破碎;冒顶;立固安;高度粘;加固剂;超前;预加固;稳固岩体;支撑力
1立固安加固技术原理
立固安是一种有机化学胶,由双组分按照1:1 的体积比反应生成,具有良好的加固和堵水性,广泛应用于煤矿和隧道的岩层加固、地下堵水等工程。该产品的高度粘合力和良好的机械性能,能保证其与地层产生高度粘合;良好的柔韧性和回弹性可以随岩体压力的长期作用;并且具有强抗渗性能、抗磨、抗冲击性能和抗老化性能,从而达到长久稳固岩体的目的。
立固安可通过加入一定的加速剂提高产品的反应速度,注人地层
后,低粘度混合物保持液体状态1~2 分钟,在强大的注射压力下能很快地充分渗透到细小的裂隙中膨胀凝固(煤岩体不含水时,混合反应膨胀倍数较小,膨胀3 倍左右),从而有效地加固和密封围岩,提高煤岩体整体强度。很短时间内其聚合力达到1.5MPa,3~4h 后抗压强度大于27 MPa。
2立固安注浆加固设计
2.1 布孔参数
该掘进工作面每天的推进速度是6 m,利用检修班进行注浆超前
加固,加固距离在6 m左右,不影响其它时间的正常生产。在掘进工作面的迎头,沿巷道顶板与煤壁交接的半圆形弧线上,平均布置3 个钻孔,孔径42mm,仰角10~15 度,孔深8~10 m,钻孔内插入4~5 m长的套管,套管的前2 m为花管,便于加固材料的扩散,详细钻孔参数如表1 所示。
2.2 注浆机具与注浆压力
整个加固过程采用KFNQS-11/10 型气动注浆泵,它采用压缩空气为动力源,利用气缸和注浆缸具有较大的作用面积比,以较小的气压使缸体产生较高的注浆压力。使该注浆泵正常工作的风源压力为0.4~0.6 MPa,注浆的最大输出压力为26 MPa。另外,施工机具还有一个混合注射枪、两根高压软管、7655 型风锤一台、外径为42 mm 封孔器、棉纱若干。
2.3 施工工艺和参数
施工的工艺流程(如图1 所示):先按照预先设计好的钻孔施工参数进行打钻,然后往钻孔里面下注浆管,在钻孔的孔口安装封孔器,封孔器的一端和钻孔内的注浆管相连,另一端用高压管和注射枪与注浆泵相连,同时将两根吸管分别插人立固安树脂和催化剂桶内,分别通过气动泵的A、B 两个活塞缸把两种原料抽出,通过高压胶管,在注射枪内部混合均匀,混合液进去钻孔内部,在1min 左右进行凝固,起到加固煤岩的作用。如果注浆过程中发现钻孔四周的裂隙开始有浆渗出,则停止注浆,快速冲洗机具并拆卸注射枪。
钻孔施工采用7655 型风钻,孔直径为42 mm,注浆管外径为25mm,下进钻孔4~5 m,前端2m 的管壁四周开设若干直径为25mm的小孔,形成花管,便于浆液的扩散。每孔注浆量根据实际情况确定,当钻孔四周有大量浆液漏出时,必须换孔或停止注浆。在有关技术人员的指导下组装好气泵及附件,将两根吸管分别插入到立固安树脂桶和催化剂桶中。打开气泵开关,活塞在气马达作用下运动,压力使原料经过活塞进入输送管到注射枪,到达封孔器处停止,马达不断加压,当压力大于5 MPa 时,封孔器自动张开,混合液通过注浆管扩散至煤体内,封孔器张开堵塞住注浆管与孔壁之间的间隙起到封口作用。混合液在强大的压力作用下渗透到煤壁中并很快凝固成固体,从而完成了煤体加固。
立固安加固材料的相关参数如表2 所示。
3施工中注意事项
3.1 立固安药剂具有腐蚀性,所有施工人员戴防护镜和乳胶手套。
3.2 每一孔注射结束后,应立即将两根吸管插人油水混合液中清洗泵体、管路及注射枪。
3.3 注射过程中如壓力达到10 MPa 仍继续上升则立即停泵,检查注射枪是否堵塞。
3.4 注射过程中两侧人员准备好棉纱,一旦混合液渗出,立即堵塞。
3.5 注浆施工必须由下而上进行,分组注浆,1 个1# 孔和1 个2# 孔为一组,第一组未注完不许注下一组。
3.6 注浆的孔口用棉纱进行封堵,防止瓦斯外泄。
3.7 打注浆孔时出现瓦斯异常等情况时,及时用黄泥堵孔口。
4结论
通过以上论述,采用立固安超前预加固松软煤层具有以下优点:
4.1立固安混合液在液体状态时粘度低,能很好地渗入到煤岩的细小裂隙中,并和煤岩体胶结在一体,形成了完整的整体,进而改变原有破碎煤体的整体性和完整性,提高了煤岩体的自身承载能力。加固后,没有出现冒顶现象,
消除了掘进过程中冒顶带来的安全危险,保证了作业人员的安全,改善了作业环境。
4.2避免了因巷道冒顶而产生处理冒顶带来的作业时间,减少员工劳动强度的同时提高工效,加快了掘进速度,提升了安全生产管理。
4.3在安全方面,立固安被注射进煤层后,能迅速渗透细微裂缝,膨胀凝固,利用其本身和岩石优良的连接、粘固特性,使破碎的岩石连接成一个整体,增加岩层的固性和支撑力。预防顶板破碎和冒顶等事故,保障生产安全。应用该技术施工,与传统人工架木垛接顶方法处理冒顶相比,极大的提高了安全。
4.4在工艺方面,该技术工艺简单,操作方便。只需要1台风动注浆泵,两人操作,封口简单,黑、白料容易区分。可有效简化施工流程,节约施工时间并降低施工成本。
4.5在工期方面,应用该技术施工,缩短了处理冒顶带来的施工时间,工效得到提高,减少事故损失。
4.6在经济效益方面,立固安混合液每吨价格为2.28万元,而我矿曾经采用的尤卡尼、马丽散聚亚胺胶脂加固材料为每吨4.8万元,比尤卡尼、马丽散每吨便宜2.52万元,按照每个循环注浆1.5吨、1505下巷注浆10个循环计算,可节约注浆材料37.8万元。
作者简介:
许强,中级职称,现任安阳鑫龙煤业(集团)红岭煤业有限责任公司生产技术部业务主管。