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平沟煤矿巷道注浆加固技术
2012-03-15
基于我国目前矿山企业生产安全现状以及国内外软岩巷道支护的发展趋势,以神华乌海平沟煤矿巷道的支护为例,通过对该矿巷道的勘探,介绍了煤矿巷道注浆支护理论、方法、材料及注浆工艺等。
Serial No. 515 March. 2012 现 ꢀ 代 ꢀ 矿 ꢀ 业 2012总年 第35月15第期 3 期 MORDEN MINING 平 沟 煤 矿 巷 道 注 浆 加 固 技 术 张 金 山 ꢀ 赵 志 云 内 蒙 古 科 技 大 学 矿 业 工 程 学 院 ) ( ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 基 于 我 国 目 前 矿 山 企 业 生 产 安 全 现 状 以 及 国 内 外 软 岩 巷 道 支 护 的 发 展 趋 势 , 以 神 华 乌 海 平 沟 煤 矿 巷 道 的 支 护 为 例 , 通 过 对 该 矿 巷 道 的 勘 探 , 介 绍 了 煤 矿 巷 道 注 浆 支 护 理 论 、 方 法 、 材 料 及 注 浆 工 艺 等 。 关 键 词 ꢀ 煤 矿 巷 道 ꢀ 支 护 ꢀ 注 浆 工 艺 ꢀ ꢀ 煤 矿 注 浆 支 护 突 破 了 传 统 的 支 护 形 式 和 支 护 理 较 多 , 不 仅 与 岩 石 本 身 的 物 理 力 学 、 构 造 分 布 等 有 关 , 而 且 与 巷 道 的 周 边 环 境 有 关 。 根 据 巷 道 变 形 破 坏 情 况 , 经 现 场 勘 探 和 理 论 分 析 认 为 , 影 响 该 巷 道 稳 定 的 主 要 原 因 有 以 下 几 点 。 论 , 不 是 消 极 地 支 护 已 松 动 的 围 岩 , 而 是 主 动 地 保 持 围 岩 的 完 整 性 、 稳 定 性 , 控 制 围 岩 变 形 、 位 移 及 裂 隙 发 展 , 充 分 发 挥 围 岩 自 身 的 支 承 作 用 。 即 以 护 为 主 , 以 支 为 辅 , 是 断 层 破 碎 带 不 稳 定 岩 石 加 固 松 动 圈 较 为 合 理 的 支 护 形 式 。 ( 1) 巷 道 围 岩 性 质 。 1006 运 输 顺 槽 的 顶 板 为 泥 岩 及 砂 质 泥 岩 , 强 度 较 低 。 受 采 动 影 响 之 后 , 裂 隙 交 错 , 围 岩 变 形 速 度 快 、 位 移 量 大 。 而 巷 道 采 用 U 型 钢 支 护 , 支 护 体 与 巷 道 围 岩 的 变 形 不 耦 合 , 支 护 体 不 能 抵 御 巷 道 围 岩 变 形 与 破 坏 , 导 致 整 条 巷 道 失 稳 。 1 ꢀ 矿 区 概 况 神 华 乌 海 能 源 公 司 平 沟 煤 矿 中 组 煤 1006 运 输 # 顺 槽 设 计 长 度 为 960 m( 平 距 ) , 沿 10 煤 层 底 板 掘 # 进 , 开 口 位 于 0908 车 场 4 点 前 58 m, 方 位 171°, 沿 2) 采 动 影 响 。 1006 运 输 顺 槽 位 于 9# 煤 层 采 空 ( # 1 ( 0 煤 层 底 板 挑 顶 掘 进 , 断 面 为 平 顶 斜 底 梯 形 巷 道 # 区 的 下 方 , 比 9 煤 层 的 运 输 巷 往 采 空 区 内 错 6 ~ 8 m, 由 于 上 覆 煤 岩 的 压 力 已 经 释 放 , 矿 压 不 大 。 巷 道 无 法 正 常 施 工 的 主 要 原 因 是 顶 板 破 碎 , 由 于 采 空 区 # WWW.KY114.CN 见 图 1) 。 10 煤 层 走 向 南 北 , 倾 向 西 , 倾 角 8° ~ 1 0°, 平 均 9°。 该 煤 层 结 构 简 单 , 有 不 稳 定 夹 石 出 现 , 煤 层 由 北 向 南 逐 渐 变 薄 , 煤 层 厚 度 为 0. 72 ~ 的 冒 落 矸 石 时 间 短 , 没 能 充 分 压 实 成 为 假 顶 , 所 以 掘 进 时 顶 板 矸 石 冒 落 严 重 。 另 外 1006 运 输 巷 位 于 9# 2 9 . 10 m, 平 均 厚 度 为 1. 28 m, 硬 度 系 数 f 为 2 ~ 4; 与 # 2 煤 层 层 间 距 为 0. 6 ~ 3. 5 m。 巷 道 掘 进 期 间 出 现 煤 层 采 空 区 的 下 方 , 采 空 区 积 水 积 存 在 下 部 , 淋 水 加 大 了 掘 进 的 难 度 。 了 顶 板 破 碎 、 冒 落 , 两 帮 位 移 量 大 , 局 部 地 方 还 出 现 了 一 定 程 度 的 底 鼓 , 给 巷 道 的 掘 进 、 通 风 、 行 人 及 安 全 等 造 成 巨 大 的 影 响 。 3 ꢀ 注 浆 支 护 为 了 解 决 在 巷 道 掘 进 过 程 中 , 采 空 区 破 碎 矸 石 随 掘 随 冒 和 淋 水 现 象 , 采 用 超 前 注 浆 加 固 方 法 控 制 顶 板 , 保 证 正 常 掘 进 。 3 . 1ꢀ 掘 进 头 超 前 注 浆 固 结 顶 板 钻 孔 注 浆 孔 的 布 置 如 图 2 所 示 , 钻 孔 参 数 如 表 1 所 示 , 钻 孔 直 径 为 56 mm。 图 1ꢀ 1006 运 输 顺 槽 断 面 ꢀ 1006 运 输 顺 槽 破 坏 机 理 分 析 引 起 巷 道 变 形 的 力 学 机 制 较 为 复 杂 , 影 响 因 素 2 ꢀ ꢀ 张 金 山 ( 1959— ) , 男 , 教 授 , 014010 内 蒙 古 包 头 市 昆 区 阿 尔 丁 大 图 2ꢀ 注 浆 孔 布 置 街 7 号 。 1 03 总 第 515 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 现 代 矿 业 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 3 月 第 3 期 表 1ꢀ 注 浆 孔 方 位 参 数 蒙 古 科 技 大 学 开 发 的 专 用 外 加 剂 , A、 B 两 种 浆 液 体 积 比 1∶ 1。 序 号 1 10 30 3 2 10 30 3 3 10 10 3 4 30 0 5 10 10 3 6 10 30 3 7 10 30 3 水 平 α/ ( °) 垂 直 β/ ( °) 孔 深 S/ m 3 . 3ꢀ 注 浆 工 艺 3 双 液 注 浆 采 用 镇 江 煤 安 矿 用 设 备 有 限 责 任 公 司 ꢀ 3 ꢀ . 2ꢀ 注 浆 材 料 注 : α 为 与 水 平 面 夹 角 , β 为 与 垂 直 面 夹 角 。 生 产 的 2ZBQ10 / 12 气 动 双 液 注 浆 泵 和 JBJ300 ( 380 / 660 V) 电 动 搅 拌 机 , 注 浆 工 艺 流 程 如 图 3 所 示 。 注 浆 材 料 采 用 内 蒙 古 科 技 大 学 开 发 的 A、 B 两 种 双 液 快 速 注 浆 加 固 材 料 , 双 液 注 浆 , 凝 结 时 间 控 制 采 用 3 m 注 浆 花 管 , 注 浆 压 力 控 制 在 4 ~ 5 MPa, 根 据 现 场 情 况 调 节 。 在 3 ~ 5 min, 水 灰 比 0. 8 ~ 1. 0, 注 浆 时 分 别 加 入 内 图 3ꢀ 注 浆 工 艺 流 程 ꢀ ꢀ 超 前 注 浆 管 如 图 4, 注 浆 管 采 用 25 mm、 厚 和 多 点 位 移 计 , 观 测 两 帮 移 近 量 、 顶 板 下 沉 、 底 鼓 和 围 岩 内 部 变 形 情 况 。 定 期 进 行 现 场 监 测 , 对 监 测 数 据 进 行 及 时 处 理 和 分 析 , 提 供 监 测 阶 段 报 告 , 进 行 施 工 安 全 性 预 测 。 经 观 测 发 现 , 在 未 注 浆 前 , 围 岩 的 变 形 严 重 , 顶 板 破 碎 程 度 和 两 帮 移 近 量 都 很 大 , 需 进 行 返 修 。 注 浆 后 巷 道 围 岩 变 形 速 度 明 显 减 小 , 顶 板 变 形 量 由 注 浆 前 的 20. 1 mm/ d 下 降 到 3. 1 mm/ d、 两 帮 的 变 形 量 由 注 浆 前 的 16. 6 mm/ d 分 别 下 降 到 2. 6 mm/ d, 注 浆 后 岩 石 的 稳 定 性 明 显 提 高 , 能 够 满 足 安 全 生 产 的 要 求 。 3 mm无 缝 钢 管 , 管 长 3 m, 距 注 浆 管 0. 8 m 后 开 始 钻 孔 , 一 周 3 个 孔 , 不 在 同 一 圆 周 上 , 孔 间 距 0. 2 m, 孔 径 8 mm, 注 浆 管 口 焊 接 16 mm 的 快 速 接 头 , 注 浆 管 尾 部 加 工 成 锥 状 ( 如 果 钻 孔 不 出 现 塌 孔 , 可 以 不 加 工 成 锥 状 ) 。 图 W4ꢀ 注 浆 管W结 构 W.KY51ꢀ 结1ꢀ 语4.CN 1) 按 设 计 钻 孔 位 置 、 参 数 和 施 工 顺 序 打 注 浆 注 浆 技 术 是 一 项 实 用 性 很 强 , 应 用 范 围 广 的 工 程 技 术 , 其 实 质 是 用 液 压 、 气 压 或 电 化 学 方 法 , 把 某 些 能 凝 固 的 浆 液 注 入 到 岩 土 体 的 孔 隙 、 裂 隙 等 结 构 面 中 , 使 岩 土 体 形 成 强 度 高 、 抗 渗 性 能 好 、 稳 定 性 高 的 新 结 构 体 , 改 善 并 提 高 岩 土 体 的 物 理 力 学 性 质 。 应 用 结 果 表 明 , 巷 道 支 护 方 案 实 施 后 , 巷 道 的 安 全 性 大 大 提 高 , 巷 道 返 修 次 数 明 显 减 小 , 巷 道 围 岩 变 形 得 到 有 效 控 制 , 提 高 了 巷 道 稳 定 性 。 3 . 4ꢀ 施 工 工 艺 ( 孔 。 ( 2) 液 浆 制 备 。 根 据 浆 液 配 比 进 行 制 浆 , 配 比 见 表 2。 表 2ꢀ 注 浆 液 A、 B 配 比 名 称 主 料 / kg 添 加 剂 A/ g 添 加 剂 B / kg 水 / kg 120 注 浆 液 A 150 150 300 1. 5 注 浆 液 B 1. 5 ~ 2 120 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 ꢀ ꢀ ( 3) 注 浆 。 将 注 浆 泵 与 安 置 好 的 注 浆 管 连 接 , 开 启 注 浆 泵 注 浆 。 待 注 浆 压 力 或 注 浆 量 达 到 设 计 结 束 标 准 , 关 闭 注 浆 泵 , 结 束 注 浆 。 [ 1] ꢀ 郭 奉 贤 . 矿 山 压 力 观 测 与 控 制 [ M] . 北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , 2 009. [ [ 2] ꢀ 梁 炯 軻 . 锚 固 与 注 浆 技 术 手 册 [ M] . 北 京 : 中 国 电 力 出 版 社 , 拆 除 已 注 浆 完 毕 的 注 浆 管 , 并 将 注 浆 泵 与 下 一 注 浆 管 连 接 , 顺 序 施 工 其 余 钻 孔 , 直 至 每 班 或 区 域 注 浆 施 工 结 束 。 1 999. 3] ꢀ 薛 顺 勋 , 聂 光 国 , 姜 光 杰 . 软 岩 巷 道 支 护 技 术 指 南 [ M] . 北 京 : 煤 炭 工 业 出 版 社 , 2001. ( 4) 在 搅 拌 机 中 加 入 清 水 , 开 启 注 浆 泵 进 行 洗 [ 4] ꢀ 王 国 际 . 注 浆 技 术 理 论 与 实 践 [ M] . 徐 州 : 中 国 矿 业 大 学 出 版 社 , 2008. 泵 , 至 注 浆 管 出 浆 为 清 水 时 停 止 。 ( 收 稿 日 期 20111021) 4 ꢀ 注 浆 固 结 巷 道 的 变 形 监 测 选 择 监 测 地 点 , 建 立 监 测 系 统 , 布 置 顶 板 离 层 仪 1 04
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