新型注漿設(shè)備、材料及工藝在趙莊礦的應(yīng)用

郭永亮

（晉煤集團晟泰能源投資有限公司，山西 晉城 048006）

隨著煤炭產(chǎn)量逐年提高，晉煤集團趙莊煤業(yè)采掘銜接變得十分緊張，加之采動影響大、地質(zhì)條件復(fù)雜等因素的影響，巷道失修率高。尤其是大巷運輸巷道1103巷受1308工作面回采影響，礦壓顯現(xiàn)劇烈，頂板的周期來壓對巷道圍巖穩(wěn)定性影響很大，導(dǎo)致這些巷道底鼓和兩幫變形嚴(yán)重，難以滿足基本的運輸使用要求。1103運輸大巷煤柱內(nèi)節(jié)理和裂隙發(fā)育嚴(yán)重、煤體破碎，常規(guī)的巷修措施難以保證巷道的變形穩(wěn)定，甚至需要每年都進行起底擴幫工作，剛巷修結(jié)束巷道又已經(jīng)喪失基本功能，不僅加重了趙莊礦采掘銜接運輸緊張的問題，還增加了很多不必要的工程量，造成了經(jīng)濟上的極大浪費。

注漿加固技術(shù)以其原位加固的特點，在顯著提高破碎體的完整性的同時可不同程度地提高破碎體的承載能力，因而注漿加固在我國已普遍應(yīng)用于軟弱破碎巖土工程加固，并形成了較完善的設(shè)備、材料與工藝體系，取得了顯著的效果。因此決定對1103巷進行注漿加固。

1 注漿工程實施

1.1 工程概況

1103巷是一盤區(qū)輔助運輸大巷，巷內(nèi)目前礦壓顯現(xiàn)劇烈，需要及時采取措施進行加固補強。加固采用淺孔注漿作業(yè)，在煤壁淺層形成止?jié){層，具體要在巷幫施工淺孔，進行低壓、小流量注漿，確保漿液能夠充分?jǐn)U散。

1.2 淺孔注漿施工

（1）3.0m鉆孔布置方式

在巷道完成噴漿后，首先施工3.0m注漿孔，注漿孔 Φ42mm，孔深3.0m。注漿孔采用“矩形”布置，每排3個，間距1.25m，排距3.0m，開孔高度1.0m，下排孔和中排孔水平角和垂直角均為0°，上排孔水平角為0°，垂直角為5°。注漿孔布置如圖1、圖2所示，注漿孔參數(shù)如表1。

（2）10m注漿孔布置方式

在完成3.0m注漿孔注漿后，施工10m注漿孔，注漿孔 Φ42mm，孔深10m。注漿孔采用“矩形”布置于3.0m注漿孔中間，每排3個，間距1.25m，排距3.0m，開孔高度1.0m，下排孔和中排孔水平角和垂直角均為0°，上排孔水平角為0°，垂直角為5°。注漿孔布置如圖3、圖4所示，注漿孔參數(shù)如表2。

圖1 注漿孔平面布置示意圖 （單位：mm）

圖2 注漿孔剖視圖 （單位：mm）

表1 注漿孔施工參數(shù)

圖3 注漿孔平面布置示意圖 （單位：mm）

圖4 注漿孔剖視圖 （單位：mm）

表2 注漿孔施工參數(shù)

1.3 淺孔注漿鉆孔插管及封孔

鉆孔施工后為了防止塌孔，需要立即對鉆孔插管作業(yè)，內(nèi)側(cè)4m采用PE管（PVC管），外側(cè)4m采用6分鋼管，鋼管兩端均需套絲扣，在鋼管外側(cè)纏繞鐵絲并進行點焊，并在內(nèi)側(cè)鋼管纏繞棉紗，內(nèi)側(cè)鋼管需打孔與PE管（PVC管）連接，封孔時在鉆孔旁邊插一根6分鋼管，作為灌注封孔的導(dǎo)流管，封孔方法如圖5所示。封孔長度為3～4m，根據(jù)現(xiàn)場注漿情況，如漏漿較輕時可以減少封孔長度，較大時可以適當(dāng)增加封孔長度。

圖5 注漿管示意圖

1.4 注漿材料特點及性能

使用晉煤集團技術(shù)研究院研發(fā)的聯(lián)邦加固Ⅰ號（雙液）注漿材料，使用水灰比0.8:1。

該材料是一種新型雙液無機注漿材料，組成材料全部為無機礦粉，具備不自燃、無毒、無腐蝕、無污染特性，是完全環(huán)保型注漿材料，是一種快凝、早強型注漿材料，同時也具備較強的可注性，較適合巷道破碎圍巖、采掘工作面注漿加固需要。

聯(lián)邦加固Ⅰ號雙液材料性能主要表現(xiàn)為快凝、早強、高滲透性、結(jié)石率高等特性，凝結(jié)時間和膠結(jié)強度可調(diào)。具體如下：

（1）兩種漿液在混合前，6h內(nèi)漿液不凝固、不泌水、不沉淀；

（2）兩種漿液混合后，0～5min失去流動性，5～15min完全固化；

（3）1h煤體固結(jié)抗壓強度5.2～5.8MPa，抗剪強度1.3～1.7MPa；4h煤體固結(jié)抗壓強度8.5～10.1MPa，抗剪強度 1.6～1.9MPa；8h煤體固結(jié)抗壓強度11.8～12.9MPa，抗剪強度2.5～2.8MPa；粘結(jié)強度2MPa以上；

（4）漿液在0.5～2:1水灰比下漿體結(jié)石率可達100%；

（5）漿液擴散范圍廣，擴散半徑可達3～6m，注漿加固效果好；

（6）試樣2h的強度能達到8～15MPa以上，不同水灰比條件下凈漿固結(jié)強度如表3所示。

表3 聯(lián)邦加固Ⅰ號雙液材料抗壓強度對比(時間h/MPa)

1.5 注漿設(shè)備及系統(tǒng)特點

1103巷加固采用淺孔注漿作業(yè)，為了在煤壁淺層形成止?jié){層，具體要在巷幫施工淺孔，進行低壓、小流量注漿，確保漿液能夠充分?jǐn)U散，滿足注漿要求，為此專門使用2ZBQ40/11型氣動注漿泵和QB200型氣動攪拌桶。

2ZBQ40/11型氣動注漿泵使用壓縮空氣作動力，可以在大淋水高瓦斯場合安全使用。可以長時間堵轉(zhuǎn)而無發(fā)熱問題。該泵換向機構(gòu)具有氣壓自動定位性能，沒有“自?！爆F(xiàn)象。

2ZBQ40/11泵可以無級調(diào)節(jié)排漿量、排漿壓力，并具有按照預(yù)定的注漿壓力自動調(diào)節(jié)泵排漿量的性能。在泵隨注漿壓力變化而自動調(diào)節(jié)排漿量時，雙液同時排出，能自動保持兩種漿液的配比不變。該泵抗雜質(zhì)污染能力強，工作性能可靠。吸排漿閥組可快速拆卸，維修方便。

該泵由氣動三聯(lián)件、氣缸、活塞桿、換向閥、漿液缸、吸排漿閥組、泵架等組成。該泵漿液部件均采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料，漿液密封采用耐腐蝕材料密封總成。該泵為雙缸作用柱塞泵。其工作原理為：由空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣，推動氣缸內(nèi)的活塞作往復(fù)運動，漿液缸的雙柱塞亦同時進行往復(fù)運動，與吸排漿閥組的作用，完成漿液缸的吸、排漿工作。該泵利用工作介質(zhì)（漿液、氣體）傳遞壓力信號，組成閉環(huán)自動調(diào)控性能。結(jié)構(gòu)簡單，使用安全可靠，無注漿超壓問題。

1.6 注漿系統(tǒng)組成

系統(tǒng)有兩個氣動攪拌桶QB200，兩個盛漿桶（可以采用鐵桶加工），一臺氣動雙液注漿泵2ZBQ40/11，以及相應(yīng)的管路和混合器組成。

圖6 注漿系統(tǒng)連接示意圖

1.7 注漿工藝

（1）注漿流程

檢查泵及注漿管路的連接等情況-打開輸出閥門-沖開封孔器壓力塞-開始注漿-暫停注漿-繼續(xù)注漿-結(jié)束注漿-用清水清洗泵和注漿管路。

在注漿過程中，必須注意觀察泵及巷道四周狀況，當(dāng)煤壁有返漿(通過多次暫停泵操作仍有漿液流出)出現(xiàn)時候，通過間歇注漿使已經(jīng)注入煤體內(nèi)的漿液硬化，泵及注漿管內(nèi)的漿液不失去流動性，從而封堵漏漿裂隙。

（2）注漿參數(shù)

注漿壓力：4～8MPa，注漿過程中應(yīng)注意壓力不可過大，防止對破碎煤幫造成進一步破壞；

注漿量：原則上注滿為止，當(dāng)達到注漿壓力上限或者漏漿難以封堵時，停止注漿，根據(jù)經(jīng)驗平均單孔注漿量在8袋以上，如果過少，應(yīng)重新開孔復(fù)注。

（3）防漏漿技術(shù)

當(dāng)遇到漏漿情況的時候，暫停注漿泵，或調(diào)整節(jié)流閥，降低注漿速度，停泵時間不能超過2min，每2min左右開一次注漿泵，讓泵的活塞往返運動5～6次，然后停止注漿泵，如此反復(fù)，直到已經(jīng)注入的漿液強度封堵住漏漿裂隙為止，然后繼續(xù)正常開泵注漿；當(dāng)遇到裂隙比較大的漏漿通道的時候，可以用棉紗塞住漏漿通道，輔助漿液封堵漏漿通道。

另外，在現(xiàn)場出現(xiàn)漏漿嚴(yán)重的情況時，可以采用晉煤集團技術(shù)研究院自主研發(fā)的復(fù)合材料作為應(yīng)急處理手段。

2 巷道表面位移監(jiān)測分析

對于巷道而言，巷道表面位移變形量及變形速度是反映巷道變形破壞程度的最直接參數(shù)，現(xiàn)場觀測采用最常用的“十字”測站法進行觀測。

現(xiàn)場計劃在1103大巷道內(nèi)布置連續(xù)監(jiān)測點，以掌握在一次采動影響下的巷道變形情況，進而繪制出工作面回采對1103巷道變形的影響曲線進行相關(guān)分析。巷道的“十字”布點法如圖7所示。

圖7 回采巷道對1103大巷變形規(guī)律觀測測點布置

圖8 巷道注漿區(qū)段與未注漿區(qū)段變形曲線圖

3 注漿區(qū)段與未注漿區(qū)段對比

趙莊礦1103運輸大巷隨著1308工作面的回采頂板壓力很大，受1308工作面超前支承壓力及后方采空區(qū)側(cè)向支承壓力影響，1103大巷未注漿區(qū)段錨桿托盤變形、木托盤壓裂嚴(yán)重，煤幫(煤柱一側(cè))鼓出嚴(yán)重，鼓出量800～1000mm。注漿區(qū)段煤壁、托盤變形明顯較小。注漿區(qū)段與未注漿區(qū)段位移對比見圖8。

4 結(jié) 論

趙莊煤礦使用2ZBQ40/11設(shè)備及注漿材料、工藝在1103運輸大巷注漿，大大提高注漿效率，降低注漿成本，達到注漿效果，防止突發(fā)事故，為在高瓦斯礦井注漿提供了借鑒，該技術(shù)的研究開發(fā)，具有良好的社會及經(jīng)濟效益。