新型注浆加固材料在突出煤层中应用

论　坛　Ｆ（］ｒｕｍ　新型注浆加固材料在突出煤层中应用　一薄其山景常宝　接耍：本文介绍了在揭露和穿越松软、低透、地质复杂煤层过程中，通过利用新型化学材料一马利散对煤层进行加固，增强了松　软煤层的物理强度，减少了地应力变化对巷道的影响，防止了突出事故的发生。　关键词：煤与瓦斯突出复杂地质马利散　概况　以下的２　Ｏ煤层层位，直接揭露２　Ｏ号煤层，三条斜井（一　糯东煤矿位于贵州普安县境内，是贵州兴安煤业　进两回，井筒倾角２　０～２　３　０）分别揭露并穿越１　７号煤　有限公司建设的第一个大型煤矿，设计生产能力２　４　ｏ万　层，煤层倾角５～７　０。。在斜井穿越１　７号煤层过程中，　吨。矿井自２　ｏ　ｏ　６年６月开工建设，计划２　ｏ　ｏ　９年投入生　由于井筒处于地质构造复杂区域和受到１　７号煤层瓦斯含　产。矿井原设计首采煤层为１　７号煤层，该煤层平均厚度　量高、瓦斯压力大和松软透气性差等因素的影响，整个　４ｍ，在实际揭露和勘探过程中发现，１　７号煤层瓦斯含量　揭、穿１　７号煤层防突工作进展困难。　高、压力大、煤层松软且透气性差，煤层具有较强的突　出危险性。经过专家论证，矿井设计将首采１　７号煤层调　问题的提出　整为首采２　ｏ号煤层，利用２　ｏ号煤层为１　７号煤层进行区域　在三条斜井揭、过１　７号煤层过程中，揭煤位置处于　性解突，实现解放层开采。　地质复杂区域，由于煤层受逆断层的影响，煤层由正常　矿井设计有五条井筒，其中主副平硐布置在１　７煤层　的４ｍ左右变为２、１１、５ｍ厚并分为三个分层，分层之间　均放效果好的匣埔　隅角瓦斯抽放。回风隅角的瓦斯管理是安全生产管理　・…一一一一一一一　啜－层碗，　…一一一一．　的重要组成部分。宣东矿２　０　６采面的隅角瓦斯管理主要以　一　抽放为手段。安装抽放泵和抽放风机同时工作，抽放流量　５　０Ｏｍ　／ｍｉｎ，抽放瓦斯浓度２．５％左右，瓦斯抽放量１　０ｍ３／ｍｉｎ　以上。通过开展隅角瓦斯抽放，采面隅角的瓦斯超限问题　回风营　图２宣东瓦斯抽放位置图进且巷　得到了根本解决，有效地解决了工作面隅角的瓦斯问题。　式进行瓦斯抽放。　结论与启示　通过对各种钻孔布置的终孔位置的分析，见表（２），　宣东矿ＩＩＩ　３２　０６采面的瓦斯来源为本煤层占１　５．８％，上邻　宣东矿以上邻近层瓦斯为主的瓦斯抽放的抽放点的合理位　近层占７６．７％，下邻近层占７．５％。　置是在回风巷道内侧２　Ｏｍ，采煤工作面上方３　５ｍ～４　５ｍ（即　宣东２　Ｏ６采面的瓦斯涌出量，采用“Ｕ”型通风方式比　１１一ｌ　２倍采高）的位置（见图２）。　“Ｕ＋Ｌ”通风方式每分钟平均降低３２ｍ３。　“Ｕ”型通风方式工作面的风量，满足冲淡本煤层的瓦　各种瓦斯抽放方法一览表　表（２）　斯涌出即可，如果继续增大风量，反而会增加工作面回风　和隅角的瓦斯管理压力。　采面　钻孔方式　钻孔终孔　终孔距回　瓦斯抽放　采面抽放　高度ｍ　风侧距离ｍ　量ｍ０　率　％　对２　０６采面上邻近层瓦斯的抽放，抽放点位置要布置在　２０４　高位钻场　２０—３０低位钻孔　３０　　３４　９．５９　１　９　３９　工作面内侧２　０ｍ、煤层上部４　０ｍ一４　５ｍ的位置最好。采用高位　．５　２Ｏ５　低位钻场　２５—３５巷道进行瓦斯抽放，抽放状态平稳、抽放效果好。　低位钻孔　３０—４３　　３Ｏ一３４　１４１　３　７　２　７．７　４２．５　用隅角瓦斯抽放措施来处理采面隅角的瓦斯超限是一　．２０６　低位钻孔　４０—４　５　２Ｏ　４３　４３　４９．４５　种最有效的手段。　（作者单位：张家口矿业集团）　２　０６采面后期试验了利用高位抽放巷道抽放瓦斯，抽放　巷道布置在进风侧内２　ＯＩ】】、煤层上方３２ｍ的位置。抽放的瓦　作者简介：王恺德，河北省尚义县人，通风工程师，　斯浓度平均为２　Ｏ％，标态瓦斯抽放量约为２　０ｍ　／ｍｉｎ，抽放状　现任张家口矿业集团通风管理部副部长，多年从事矿山救　态平稳，有效解决采面的瓦斯问题。　护和“一通三防”管理工作ａ已公开发表论文多篇。　中国新技术新产品２Ｏ０８年１０月Ｉ　１　Ｏ５一　圃管理　论　Ｉ云　为２～５ｍ厚具有膨胀性质的泥岩。经取样化验和实测，　煤层硬度ｆ＝０．１　４～０．１　７、瓦斯放散初速度２　０～２　６、　～编辑邮箱：ｃｈｕａｎｇｘｉｎｇ１￣１　２６．ｃ。ｍ　加固方案设计及参数：加固方案。由于该材料在现　有市场价格较高，全面推广使用由于经济效益等原因还　煤层瓦斯压力１．１～３．５ＭＰ　ａ、煤层瓦斯含量为１　９．５　无法实现，在三条斜井揭、穿１　７煤层过程中，主要用于　３０ｍ　／ｍｉ１３．、煤层透气性０．１　Ｏ　３～０．１　３　５ｍ　／ＭＰａ　ｄ、钻　在顶板破碎、钻孔喷孔严重和过煤门等特殊时期。　孔瓦斯流量衰减系数为０．０　５４Ｉ～０．０６　７　３ｄ一１。由于煤层　具体方法：首先在工作面按终孔问距２～３米布置防　周边每２米设置一个注浆孔，钻孔采用一次性自攻钻杆，　中瓦斯含量高、压力大、松软透气性差、且钻孔瓦斯流　突措施孔进行瓦斯抽放，瓦斯抽放煤层卸压后，在迎头　量衰减系数大，在防突措施钻孔施工过程中喷孔严重，　单孔喷出煤粉３～１　０吨，喷孔瓦斯绝对涌出量达到１　０ｍ。／　钻孔与巷道夹角２　２　０，孔深８～１　Ｏｍ，巷道两侧控制帮距　ｍｉｎ。由于井筒在穿越煤层过程中瓦斯喷孔带出大量煤　３ｍ（法距），先利用马利散材料封孔３—５ｍ，加固长度每　粉，造成了井筒周边地应力发生变化，给煤与瓦斯突出　循环５ｍ，直至穿越煤层。　创造了条件。为解决这一问题，我们从增加煤体抵抗强　度的角度采取了煤体加固措施，并取得了较好的效果。　加固材料选择与施工　根据对利用注入水泥稀料加固和化学材料马利散加　固对比，由于１　７煤层松软透气性差，水泥稀料在煤层中　渗透能力差，加固煤层的厚度达不到要求，且渗透不均　匀，固化时问长。而利用化学材料马利散进行加固，由　于该材料由化学树脂和膨胀材料组成，混合液体在煤层　中的渗透强度较大，渗透半径２～３ｍ，其加固厚度大于２　米，且比较均匀、固化时间短。　注浆加固原理及材料性能指标　注浆加固原理：大家知道，煤与瓦斯突出的一个主　要指标是由于煤层松软、硬度小，煤体抵抗不住地应力　的破坏和瓦斯压力的搬运。马利散加固材料由等量的树　脂液体Ａ与膨胀液体Ｂ组成，利用专用双液泵将马利散　两种化学液体等量压注到井巷周边煤体中，在双液泵压　力作用下充分混合并渗透到煤体的深部，生成对煤岩体　具有较高粘结性的有机弹性体，人为地改善了松软破碎　煤岩体的物理力学性能，有机弹性体在破碎煤岩体内膨　胀、渗透、充满整个裂隙面形成网络骨架，起到补强加　固、充填密实作用。使井筒周边形成一个厚度２～３米　的人造外壳，增强了井筒周边煤体的强度。同时在双液　泵的高压作用下使煤体涨开，使微小的节理发育层面　加大，浆液充入后充填到这些裂隙中，降低煤层瓦斯含　量。由于井巷周边一定范围内煤体的加固，形成了深部　高压瓦斯与井简之间的一层高强度安全隔离屏障，在减　少因地应力变化对井筒周边煤体的破坏的情况下，使松　散煤岩体粘结为一体，不易片帮、冒落，有利于及时、　安全、有效支护作业。　材料性能指标：马利散化学浆是一种高分子聚合物。　具有较好的渗透性和膨胀性能，与煤岩体均有较高的粘合　力　在专用双液泵的压力作用下可渗透到微裂隙之中，混　合后反应膨胀凝固，形成致密的网络骨架体，对工作面周　边煤体起到有效的固化作用，其主要技术性能指标为：①　固化时间：７—１　５　Ｓ。②抗压强度：１～１　０ＭＰａ。③固结体密　度：３　５～１１　０ｋｇ／ｍ。④双液混合比１：１。⑤阻燃无毒。　一１　０６　ｌ中国新技术新产品２ｏｏ８年１ｏ月　加固设备及其性能参数：采用２．２Ｋｗ防灾钻机，并　配备相应长度的一次性自攻麻花钻杆和相应数量的直径　４　２ｍｍ４￣头，钻杆作为注浆管使用。采用专用双液泵和注　浆设备配套的２　５ｍｍ进风高压管２　０ｍ。ｌ　０ｍｍ出浆管１　０ｍ～２ｍ　各若干根。双液泵主要性能参数为：①压力比：５　０：　ｌ。②最大排浆量：ｌ　０～２　０　Ｌ／ＩＩ１　ｉ　１２　③供气压力：　０．３～０．５ＭＰａ。④重量：６　０ｋｇ。　注浆孔布置：根据１　７煤层和围岩体的具体特点和加　固施工工艺，为防止在抽放孔内聚积瓦斯，首先冲填所　有瓦斯抽放孔，设计采用预先超前加固８～１　Ｏｍ向前推进　５ｍ方案。设计单排注浆孔，每孔深８—１　０『１１．钻孔与巷道　夹角２　２　０，注浆管利用自攻麻花钻杆每条长２Ｉｌｌ，封孔段　长２ｍ，每个注浆循环工作面周边每２ｎｌ布置１个注浆孔，　共布置８个，从工作面断面周边开孔，根据现场注浆量及　跑漏浆情况，孔问距为２ｍ，对注浆管密度、深度和角度　随时进行调整。　施工工艺：在迎头进行钻孔标注一利用防突钻机和　自攻钻杆施工注浆钻孔一安装注浆管及封孔部件一封孔　一准备浆液开泵注浆一观察注浆效果一验收。　效果　在斜井揭、穿１　７号煤层过程中，曾分三个区段进行　注浆加固，其中一号回风井在将要穿过煤层过煤门时对　顶部煤层进行了加固，加固长度１　５ｍ，使用马利散加固　材料３吨，安全进尺２　０ｍ）ｌ￣ｌ．利穿过煤层。在施工过程中，　没有发生冒顶、片帮、瓦斯超限等事故，掘进速度由原　来的每旬５ｍ增加到１　５ｍ。　但值得注意的是，一是在采取煤层加固措施前，应　首先对煤层进行解突，防止注浆压力与地应力和瓦斯压　力叠加诱导突出。二是在进行注浆加固时，应每施工一　个钻孔注浆一个钻孔，防止注浆时浆液进入临近钻孔。　三是此项措施为加强防突措施，在实施该措施过程中其　他“四位一体”防突措施应正常进行。　（作者单位：贵州兴安煤业公司）　作者简介：薄其山，工程师，现任贵州兴安煤业公司副　总经理、总工程师。曾在多家刊物上发表论文数十篇。