注漿加固技術(shù)在治理瓦斯涌出異常煤體中的應(yīng)用

鄭富洋，李俊福

(山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西晉城048000)

1 工程概況

古書院礦653配風(fēng)巷為9號煤西翼的總回風(fēng)巷，由于653配風(fēng)巷服務(wù)年限已久，受巷道整體變形的影響，無法滿足通風(fēng)要求，為保證9號煤西翼通風(fēng)系統(tǒng)的正常運行，根據(jù)現(xiàn)場巷道的布置情況，只能在653配風(fēng)巷與11301采空區(qū)之間重新布置一條巷道來保證9號煤西翼的通風(fēng)要求，即653輔助回風(fēng)巷。此巷道左側(cè)為11301采空區(qū)，煤柱僅有10m，右側(cè)為653配風(fēng)巷，煤柱僅有18m，具體布置見圖1。

圖1 653輔助回風(fēng)巷與采空區(qū)的位置關(guān)系

受采空區(qū)壓力的影響，653輔助回風(fēng)巷兩側(cè)的煤柱均發(fā)生了不同程度的變形，造成巷道圍巖松軟破碎、煤柱裂隙發(fā)育，采空區(qū)內(nèi)積聚的瓦斯從煤柱裂隙內(nèi)大量涌入巷道內(nèi)，造成653輔助回風(fēng)巷瓦斯涌出異常，影響巷道的安全使用。為解決該問題，古書院礦曾安排通風(fēng)區(qū)在653輔助回風(fēng)巷施工瓦斯抽放鉆孔，對采空區(qū)內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽放。經(jīng)過一段時間的抽放，巷道內(nèi)仍存在瓦斯涌出異常的現(xiàn)象。根據(jù)地質(zhì)部門提供的資料，該區(qū)域煤層瓦斯含量為4.3m3/t。經(jīng)分析研究，決定先向煤柱內(nèi)注水泥漿封堵煤柱裂隙，然后補(bǔ)打注漿錨索對煤柱進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，防止653輔助回風(fēng)巷的煤柱再次破碎。

2 注漿加固關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

2.1 表面噴漿

由于653輔助回風(fēng)巷表面破壞嚴(yán)重，直接注漿易出現(xiàn)巷道表面漏漿現(xiàn)象，因此，注漿前對巷道表面進(jìn)行噴漿處理。設(shè)計噴漿厚度80～100mm，保證全部封閉巷道表面裸露的圍巖，噴漿強(qiáng)度等級為C15，采用P42.5普通硅酸鹽水泥，水泥、砂子、石粉的配比為1∶2∶2，水灰比控制在0.45～0.55之間，速凝劑摻量為5%。噴漿完成3d后再進(jìn)行注漿工程。

2.2 裂隙圍巖加固技術(shù)參數(shù)

2.2.1 注漿技術(shù)參數(shù)

(1)注漿孔布置 653輔助回風(fēng)巷幫、頂水泥注漿鉆孔采用相同的布置方式，均為五花眼布置，11301工作面?zhèn)葞拖冗M(jìn)行淺孔注漿，淺孔注漿鉆孔深度為2000mm，再進(jìn)行深孔注漿，深孔注漿鉆孔深度為5000mm，鉆孔排距3000mm，間距1100mm和1200mm;頂板和653配風(fēng)巷側(cè)巷幫只進(jìn)行深孔注漿，深孔注漿鉆孔深度為 5000mm，排距2000mm，間距1100mm和1200mm?？拷飵偷撞孔{鉆孔與水平方向成30°夾角，靠近頂板注漿鉆孔與水平方向成10°夾角，具體布置見圖2。

(2)鉆孔 頂板使用MQT120錨桿 (錨索)鉆機(jī)鉆孔，鉆頭直徑為36mm，兩幫使用防突鉆機(jī)鉆孔，鉆頭直徑為42mm。

圖2 653輔助回風(fēng)巷注漿鉆孔

(3)注漿參數(shù) 采用埋孔口注漿管，孔內(nèi)下射漿管的方式注漿。淺孔注漿鉆孔深度為2000mm，射漿管長度1000mm;深孔注漿鉆孔深度為5000mm，射漿管長度 4000mm，射漿管每500mm對開1組φ8～10mm射漿口，保證全長一次注漿完成。

(4)注漿壓力 為保證充分充填圍巖裂隙，適當(dāng)加大深孔注漿孔的注漿壓力，深孔注漿孔孔口注漿壓力控制在4～6MPa之間;淺孔注漿孔孔口壓力控制在0.5～2MPa之間。注漿過程中出現(xiàn)局部漏漿時應(yīng)采取措施，進(jìn)行堵漏或壓水后復(fù)注，漏漿嚴(yán)重導(dǎo)致停注的區(qū)域補(bǔ)打注漿孔。

2.2.2 注漿錨索技術(shù)參數(shù)

由于653輔助回風(fēng)巷相鄰巷道和采空區(qū)之間的留設(shè)煤柱較小，造成煤柱巖體裂隙發(fā)育，巷道變形嚴(yán)重且瓦斯大量涌出，瓦檢儀測量巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛茸畲筮_(dá)到3.7%，一般不低于3.5%。為了保證加固效果和巷道的安全使用，在巷道注漿完成后，需要對巷道的兩幫進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)。

巷道在水泥注漿完成施工7d后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力注漿錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)施工。

(1)錨索規(guī)格 錨索直徑為17.8mm，長度5300mm，其中300mm為外露漲拉段。

(2)鉆孔 鉆孔深度為 (5000±30)mm。采用頂錨桿鉆機(jī)打孔，鉆頭直徑為28mm，其中孔口段采用地質(zhì)鉆機(jī)開孔，鉆頭直徑為56mm，開孔深度500mm。

(3)錨固方式 全長錨固。首先采用樹脂藥卷進(jìn)行端部錨固，3支低黏度錨固劑，1支規(guī)格為MSK2335，另2支為MSK2360。

(4)錨索布置 巷幫預(yù)應(yīng)力注漿錨索沿巷道斷面呈五花布置，布置在原有的2排棚梁之間，排距1600mm，間距1100mm和1200mm，頂板預(yù)應(yīng)力注漿錨索沿巷道斷面呈矩形布置，排距1600mm，間距1500mm。由于施工現(xiàn)場條件限制，幫底部錨索與水平方向夾角呈10°布置，其他錨索全部垂直巷道巖面，具體布置見圖3。

圖3 653輔助回風(fēng)巷注漿錨索布置

采用注漿加固配合注漿錨索補(bǔ)強(qiáng)的方法將嚴(yán)重破碎巷道圍巖進(jìn)行重新組合，恢復(fù)成一個完整的巖體結(jié)構(gòu)，讓破碎圍巖繼續(xù)發(fā)揮自身的主動承載能力，有效防止采空區(qū)或鄰近巷道的壓力傳遞再次造成巷道出現(xiàn)片幫、底鼓的現(xiàn)象。還原破碎圍巖的整體完整性，防止采空區(qū)積聚的瓦斯從煤體的裂縫區(qū)域大量涌出。

3 注漿加固配合注漿錨索補(bǔ)強(qiáng)達(dá)到的效果

采用“十字布點法”對653輔助回風(fēng)巷圍巖的變形情況進(jìn)行了監(jiān)測，設(shè)置了2個測站，在1a多的監(jiān)測時間內(nèi)，巷道頂幫表面位移均沒有發(fā)生明顯的變形，巷道頂幫位移變形量在120mm以內(nèi)，見圖4。

圖4 653輔助回風(fēng)巷表面位移觀測曲線

653輔助配風(fēng)巷為回風(fēng)巷道，注漿前一周7次觀測的瓦斯?jié)舛榷荚?.0%以上，遠(yuǎn)超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的1.0%標(biāo)準(zhǔn)。通過對巷道注漿封堵，瓦斯?jié)舛让黠@降低，注漿結(jié)束3d后觀測的瓦斯?jié)舛榷荚?.5%左右 (圖5)，滿足國家安全要求，巷道內(nèi)未出現(xiàn)瓦斯異常涌出的現(xiàn)象。

古書院礦94204巷密閉口處受采空區(qū)壓力影響，密閉墻兩側(cè)的煤體發(fā)生了變形，瓦斯涌出異常，同樣采用注漿加固配合注漿錨索補(bǔ)強(qiáng)的方法達(dá)到了理想效果。

圖5 注漿前后653輔助回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛葘崪y對比

4 結(jié)論

通過對653輔助回風(fēng)巷采用水泥注漿配合注漿錨索補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行加固，使653輔助回風(fēng)巷兩幫的圍巖承載能力加強(qiáng)，避免了因巷道再次變形的維護(hù)，不僅有效保證了巷道圍巖的整體完整性，而且預(yù)防了因鄰近采空區(qū)的瓦斯大量涌出造成的瓦斯事故，確保古書院礦9號煤西翼通風(fēng)系統(tǒng)的正常運行。

［1］李建銘.煤與瓦斯突出防治技術(shù)手冊［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.

［2］張子敏，張玉貴.瓦斯地質(zhì)規(guī)律與瓦斯預(yù)測［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2007.

［3］宋彥波，劉洪濤，李英明.有機(jī)高水注漿堵水材料堵水機(jī)理分析［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2004，32(11):18－20.

［4］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2004.