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    8128 綜采工作面破碎頂板注漿加固控制技術(shù)研究

    2022-01-15 04:40:54邢佳俊
    山東煤炭科技 2021年12期
    關(guān)鍵詞:巖塊孔深冒頂

    邢佳俊

    (華陽集團(tuán)新景公司,山西 陽泉 045000)

    隨著煤炭開采逐漸轉(zhuǎn)入深部,由于高地應(yīng)力的作用,導(dǎo)致工作面頂板來壓顯現(xiàn)劇烈,容易危及礦井安全生產(chǎn)[1-5]。新景煤礦8128 工作面頂板軟弱且破碎現(xiàn)象嚴(yán)重,以新景煤礦8128 綜采工作面為研究背景,分析工作面頂板破碎的主要影響因素,采用注漿加固的技術(shù),實(shí)現(xiàn)綜采工作面圍巖控制。

    1 工程背景

    新景煤礦目前主采8#煤層,正在回采的8128工作面位于8#煤蘆南區(qū)北翼采區(qū),東為8127 工作面(已掘),南為8#煤蘆南區(qū)北翼采區(qū)大巷,西為8129 工作面(未掘),北為525 水平中條帶大巷。工作面埋深336~506 m,平均埋深421 m,走向長(zhǎng)1189 m,傾斜長(zhǎng)220 m,面積261 580 m2。8128 工作面煤層平均厚度2.94 m,基本頂為6.65 m 的中粒砂巖,直接頂為8.08 m 的泥巖,直接底為1.87 m的砂質(zhì)泥巖。

    2 破碎頂板注漿加固機(jī)理分析

    2.1 軟巖破碎頂板破壞特征分析

    一般情況下,直接頂巖體內(nèi)部的原生、次生裂隙導(dǎo)致巖體內(nèi)部形成形態(tài)各異的各種巖塊,巖塊相互鉸接,在自然狀態(tài)下處于靜力平衡狀態(tài)[6-7]。隨著工作面的正常回采,巖體內(nèi)部原有的平衡狀態(tài)被打破,巖塊沿結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑移。巖塊內(nèi)部的垂直載荷常用P表示,將P進(jìn)行正交分解,可以得出塊體的穩(wěn)定性系數(shù)如式(1):

    8128 工作面直接頂為厚8.08 m 的泥巖,強(qiáng)度較低,整體較破碎,在工作面開采過程中,由于采動(dòng)應(yīng)力的作用,工作面頂板片幫現(xiàn)象嚴(yán)重。通過對(duì)直接頂巖塊的穩(wěn)定性系數(shù)分析可以發(fā)現(xiàn),巖塊的穩(wěn)定性系數(shù)與巖塊粘結(jié)力、接觸面積及內(nèi)摩擦角強(qiáng)度有較大關(guān)聯(lián)。因此,通過注漿加固的方法,提高巖體強(qiáng)度,可有效解決頂板破碎造成的工作面頂板片幫問題。

    2.2 頂板注漿加固機(jī)理分析

    一般情況下,對(duì)于工作面頂板,注漿可使得頂板內(nèi)部的裂隙發(fā)生閉合。由于未實(shí)施注漿時(shí)巖體內(nèi)部的C、S 值普遍較小,注漿并不能對(duì)煤巖體內(nèi)部原有的力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生影響,但卻有效提高了巖體內(nèi)部原有的接觸面積,由于漿液的粘結(jié)作用,使注漿后的巖塊內(nèi)部接觸面積提高,即C 值增大,因此,通過注漿的方法,可有效提高巖塊的穩(wěn)定性系數(shù),可保證工作面頂板圍巖的完整性。

    注漿加固工作面破碎頂板的原理即為采用漿液對(duì)頂板裂隙進(jìn)行充填,固結(jié)圍巖的裂隙面,使頂板裂隙達(dá)到一定程度的閉合,有效提高圍巖的完整性,使圍巖的整體承載能力有所提高,以達(dá)到保證頂板圍巖穩(wěn)定的目的[8-10]。對(duì)工作面頂板易發(fā)生冒頂及幫部出現(xiàn)片幫的區(qū)域進(jìn)行注漿加固,利用漿液的粘結(jié)力,固定頂板及幫部。

    3 大采高工作面破碎頂板加固技術(shù)

    3.1 注漿加固材料配比

    根據(jù)8128 工作面頂板破碎的特征,選擇抗壓強(qiáng)度高、化學(xué)反應(yīng)快、粘結(jié)力強(qiáng)的阻燃高分子聚合物久米納作為治理破碎頂板注漿的主要材料。久米納的主要技術(shù)指標(biāo)見表1。注漿采用礦用3ZBQS-12/20 氣動(dòng)化學(xué)注漿泵。

    表1 久米納主要技術(shù)指標(biāo)表

    3.2 主要施工參數(shù)

    3.2.1 鉆孔參數(shù)

    (1)施工位置

    8128 工作面頂板及8128 工作面回采巷幫部。

    (2)鉆孔參數(shù)

    通常投資的效果可以用“投資回報(bào)率(ROI)”評(píng)估,但酒店產(chǎn)品的“不可儲(chǔ)存性”和“無形性”使得社交媒體的“投資回報(bào)率(ROI)”難以從商業(yè)的角度進(jìn)行計(jì)算。比如:酒店的聲譽(yù)和品牌的特點(diǎn)雖不可衡量,但對(duì)酒店經(jīng)營(yíng)至關(guān)重要,且通過社交媒體可輕松實(shí)現(xiàn)。趙雪晴(2016)的研究顯示,在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,那些注重通過社交媒體與消費(fèi)者進(jìn)行日常交流和互動(dòng)的公司,將會(huì)強(qiáng)化公司與消費(fèi)者之間的關(guān)系,從而較為容易實(shí)現(xiàn)在財(cái)務(wù)上的回報(bào)[1]。因此,本文將重點(diǎn)研究那些已經(jīng)使用社交媒體作為其營(yíng)銷工具的高星級(jí)酒店,是如何衡量社交媒體營(yíng)銷對(duì)其整體業(yè)務(wù)目標(biāo)產(chǎn)生影響的。

    鉆孔直徑:45 mm;鉆孔深度:8~14 m;鉆孔間距:4.5 m;鉆孔傾角:15°~20°;位置:工作面頂板下方400~1600 mm。具體分為以下三類:

    ① 頂板較破碎,且?guī)筒科瑤筒怀^1 m 范圍的,采用以下兩種鉆孔參數(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行施工:

    A.將鉆孔布置在距工作面頂板下方400 mm,孔深8 m,傾角15°;

    B.將鉆孔布置在距工作面頂板下方800 mm,孔深10 m,傾角20°。

    ② 頂板較破碎,且?guī)筒科瑤筒怀^2 m 范圍的,采用以下兩種鉆孔參數(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行施工:

    A.將鉆孔布置在距工作面頂板下方600 mm,孔深10 m,傾角15°;

    B.將鉆孔布置在距工作面頂板下方1200 mm,孔深12 m,傾角20°。

    ③ 頂板較破碎,且?guī)筒科瑤统^2 m 范圍的,采用以下兩種鉆孔參數(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行施工:

    A.將鉆孔布置在距工作面頂板下方800 mm,孔深12 m,傾角15°;

    B.將鉆孔布置在距工作面頂板下方1600 mm,孔深14 m,傾角20°。

    3.2.2 封孔參數(shù)

    采用膠囊式封孔器,封孔器直徑為40 mm,長(zhǎng)度為500 mm,自由膨脹外徑達(dá)70 mm,額定壓力不小于8 MPa,破壞壓力不小于20 MPa,封孔深度不小于1.6 m。

    采用上述施工參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工,以第一類情況為例,現(xiàn)場(chǎng)鉆孔布置示意圖如圖1。

    圖1 現(xiàn)場(chǎng)鉆孔布置示意圖

    4 注漿加固效果分析

    收集整理注漿前后15 d 的工作面回采進(jìn)尺,作為評(píng)價(jià)工作面頂板注漿效果的指標(biāo)參數(shù),整理數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)表2 中數(shù)據(jù)繪制進(jìn)尺曲線圖如圖2。

    圖2 注漿前后日進(jìn)尺對(duì)比效果圖

    表2 注漿前后工作面回采進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)表

    根據(jù)表2 及圖2 數(shù)據(jù)得出,在8128 工作面實(shí)施頂板注漿加固后,工作面進(jìn)尺產(chǎn)生明顯變化。在未實(shí)施注漿加固時(shí),工作面最低進(jìn)尺為3.2 m,最高進(jìn)尺為3.8 m,工作面日平均進(jìn)尺為3.5 m/d,通過對(duì)頂板實(shí)施注漿加固后,工作面最低進(jìn)尺4.2 m,最高進(jìn)尺為4.8 m,工作面日平均進(jìn)尺4.6 m/d,注漿前后日平均進(jìn)尺提高1.1 m/d,提高效率達(dá)31.43%。

    對(duì)8128 工作面實(shí)施注漿加固后,工作面頂板穩(wěn)定性有效提高。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,在未實(shí)施注漿加固前,工作面頂板冒頂高度約為0.5~0.9 m,冒頂頻次約為1~3 次/班;實(shí)施注漿加固后,工作面頂板冒頂高度約為0~0.3 m,冒頂頻次約為0~1 次/班。經(jīng)過注漿加固,8128 工作面的冒頂現(xiàn)象明顯減少,垮落的矸石也明顯減少,有效減少了工人清理冒落矸石花費(fèi)的時(shí)間,提高了工人的勞動(dòng)效率,保證了礦井安全高效生產(chǎn)。

    5 結(jié)論

    (1)通過對(duì)8128 工作面破碎頂板主要影響因素的分析,提出采用注漿加固的方法提高頂板破碎圍巖的粘結(jié)力,增大裂隙之間的接觸面積,達(dá)到保證破碎頂板圍巖完整性的目的。

    (2)現(xiàn)場(chǎng)注漿工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果顯示,實(shí)施注漿前后的監(jiān)測(cè)周期內(nèi),注漿后工作面日平均進(jìn)尺較未注漿前提高約1.1 m/d,提高效率達(dá)31.43%,工作面冒頂現(xiàn)象明顯減少,保證了礦井安全高效生產(chǎn)。

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