沿空留巷充填墻體注漿堵漏技術研究與應用

馬步才

(山西焦煤西山煤電集團有限責任公司屯蘭礦)

·試驗研究·

沿空留巷充填墻體注漿堵漏技術研究與應用

馬步才

(山西焦煤西山煤電集團有限責任公司屯蘭礦)

針對沿空留巷“Y”型通風工作面充填墻體泄漏瓦斯安全隱患，結合充填墻體施工與接頂工序所用材料進行分析與對比，找出了墻體產生裂縫的原因。為保證已施工墻體正常使用，提出了改進方案，選擇了合理的注漿堵漏材料,使墻體瓦斯泄漏得到有效控制，解決了沿空留巷技術推廣過程中的難題，確保工作面正?；夭?。

沿空留巷；注漿；瓦斯；堵漏；效果；分析

1 概 況

屯蘭礦是山西焦煤西山煤電集團有限責任公司所屬的一座特大型國有重點煤礦，屬高瓦斯礦井。綜采工作面布置為傳統的“一面三巷”方式(皮帶順槽、軌道順槽、回風順槽)，工作面采用“U+L”通風系統。該布置方式及通風系統存在噸煤掘進率較高、上隅角至排瓦斯橫貫段瓦斯濃度難以控制、獨頭尾巷的問題，且回風順槽與皮帶(軌道)順槽之間的護巷煤柱導致礦井煤炭資源回收率低、容易自燃發火等缺點。為消除上隅角至排瓦斯橫貫區域及尾巷瓦斯超限隱患，緩解礦井采掘銜接緊張局面，有效提高煤炭資源回收率，降低掘巷成本，屯蘭礦借鑒淮南快速沿空留巷經驗，設計了沿空留巷“Y”型通風綜采工作面。該工作面位于南二盤區下組8#煤(18205工作面)，為兩巷加一借用巷道布置方式。巷道分別為18205皮帶順槽、軌道順槽及借用下一工作面(18207)軌道順槽(工作面回采時，18207軌道順槽、切眼作為18205工作面回風巷)，三巷平行布置，其中皮帶順槽為機軌合一巷道(工作面及巷道布置平面圖見圖1)。

圖1 工作面及巷道布置平面圖

工作面采用傾斜長壁后退式一次采全高全部垮落綜合機械化采煤，采高3.29 m、循環進度0.8 m。軌道順槽采用混凝土膏體材料充填沿空留巷，每次充填長度為2.4 m，充填寬度為2.5 m(充填體在軌道順槽內的寬度為0.9 m，在采空區的寬度為1.6 m)。采用BSM1002E充填泵輸送充填料(技術參數：最大輸送壓力100 bar、理論最大排量20 m3/h、沖程1 000 mm、料斗容積220 L、攪拌機排量15 L、電機功率75 kW)。充填墻體充填完畢后，墻體與頂板之間因充填管影響留有200～300 mm的間隙，采用噴漿機(型號PZ-5B)人工接頂，噴漿料為充填墻體充填料。沿空留巷工作面自2009年12月7日開始生產，2010年5月10日工作面推進500 m后發現1～36號充填墻體的頂部噴漿接頂處、7～8號墻體的接縫處、以及局部頂板裂縫處有瓦斯泄漏現象，瓦斯濃度為1.6%～2.0%。

2 原因分析

1) 墻體充填前未清理凈模板支架空間內底板淤煤、雜物，墻體受壓時產生滑動，導致墻體變形產生裂縫。

2) 新舊充填墻體搭接處雙抗塑料布未扯凈、新舊墻體結合不緊密，墻體間產生裂縫泄漏瓦斯。

3) 用于充填頂板與墻體的噴漿料(墻體充填料)在噴漿接頂過程中，與水混合后由于其凝固快，導致噴漿管堵塞。因此，為了正常接頂，采用不上水干噴的方法充填，充填完畢后灑水濕潤。此方法導致水與料混合不均勻，從而影響了充填體強度。

4) 接頂料(墻體充填料)不具備讓壓性能,頂板來壓時，頂板壓力由墻體頂部噴漿層向墻體傳遞，導致墻體受力變形產生裂隙。

3 改進方案

3.1改進噴漿接頂材料

噴漿接頂材料為墻體充填材料,該材料只能干噴，噴漿體不密實、空隙較大，導致漏風，因此，需要對噴漿材料進行改進。對噴漿材料的技術要求：噴漿體的抗壓強度15 MPa以上，具有2%的膨脹性，采用濕噴的方式以保證噴漿體的密實，有利于噴漿的充分接頂，對采空區起到封閉作用；另外，該噴漿層強度低于充填墻體18 MPa，當出現壓力集中時，噴漿層將先于充填墻體破壞，可有效地保護充填墻體。

3.2充填墻體的維護與加固

1) 為了防止新舊填體因底板不平整或受力不均勻產生縫隙，從而導致采空區瓦斯的泄漏，在上一充填墻體正中均勻預埋2排(6根)L型d20 mm×2 000 mm的圓鋼(每排3根、排距0.6 m、最上一根距頂板約1 m、L型圓鋼角度為120 °)，下一墻體充填前將其外露部分拉直,用于減少相鄰兩充填體的相對位移，從而避免產生裂縫。

2) 充填體內部的鋼筋網布置要均勻，兩側靠近充填模板的鋼筋網距模板的距離保持在50 mm左右，確保其對充填體的加強作用。

3) 充填墻體外側采用錨帶網支護。

4) 對已施工墻體裂縫進行堵漏。

5) 充填前徹底清除底板上的浮煤，避免充填墻體的不均勻下沉。

4 注漿堵漏

4.1方案設計

根據墻體瓦斯泄漏濃度及位置，推斷墻體主要裂縫為墻體上部頂板、噴漿接頂處以及充填墻體上半部。針對充填墻體與采空區的相對位置及有機注漿材料注漿過程中反應溫度過高的缺點，采用流動性強、黏接力強、膨脹性好的無機注漿材料堵漏。

4.2注漿主要設備與材料

1) ZBQ-5/12型氣動高壓雙液化學注漿泵。

2) MQT-120氣動錨桿鉆機。

3) 注漿錨桿(自制)。

4) 粉煤灰、速凝固化劑。新型速凝固化劑作為封堵材料進行充填加固，該材料技術參數為：

料漿濃度：60%～70%；

初凝時間：30～40 min；

膨脹系數：3%～5%；

抗壓強度：大于5 MPa。

4.3注漿加固工藝

1) 采用氣動雙液注漿泵進行注漿。

2) 采用自制注漿錨桿，迫使漿液從注漿錨桿頂端沿孔隙擴散充填，達到最大充填半徑。

3) 注漿液沿孔隙擴散到裂縫并凝固，增強了墻體密實性。

4) 注漿孔的布置采用由d21 mm×2 000 mm的空心注漿錨桿，外端套絲安裝止漿閥。

5) 材料配比：粉煤灰∶固化劑=1∶2。

6) 注漿工藝流程：

標孔→鉆孔→檢查鉆孔質量→安裝注漿管及封孔部件→封孔→準備漿液→開泵注漿→凝固→檢查注漿質量→驗收。

4.4注漿孔的設計

從頂板往下500～600 mm定孔位，傾斜采空區方向30°打孔，鉆孔穿過墻體、噴漿層以及上部破碎頂板，孔深1.7 m，外露0.3 m，間距1.0 m(注漿鉆孔示意圖見圖2)。

圖2 注漿鉆孔示意圖

5 堵漏效果分析

留巷墻體與頂板及墻體與墻體結合部，以及墻體裂縫通過充填加固后進行瓦斯涌出量觀察，并與充填加固前進行比較瓦斯涌出量顯著減小，瓦斯濃度由1%～2.0%降至0.5%(注漿堵漏現場記錄見表1)，能夠保證工作面正?；夭伞?/p>

6 結 論

用無機注漿材料能夠解決特殊條件下、特殊地點內瓦斯堵漏難題，尤其是通過合理的鉆孔布置方式，使得沿空留巷上部頂板、墻體噴漿層以及充填墻體三個區域內裂縫同時得到封堵，解決了沿空留巷墻體裂縫泄漏瓦斯難題，為沿空留巷“Y”型通風技術的推廣消除了技術障礙。

表1 18205注漿堵漏現場記錄

建議及要求：為了解決留巷墻體與頂板結合不嚴密的問題，避免二次充填加固，必須采用速凝固化劑充填結合部，以充分發揮速凝固化劑可膨脹、有強度、有可塑性的功能，實現留巷體和頂板嚴密結合，使沿空留巷技術得到進一步推廣應用。

ResearchandApplicationonFillingWallGroutingPlugyingTechnologyinRoadwayalongGob

MaBu-cai

In connection with the potential safety hazard of gas leakage of filling wall in "Y"-type ventilation working face in roadway along gob, combines with the analysis and comparison of filling wall construction and materials used in roof-contacted process, findsout the reason which wall crack. To ensure the constructed wall has been normal use, puts forward improving plan,selects the reasonable grouting materials and the plan, enables the wall gas leakage can be controlled effectively, solves the difficult problem in the promotion process of gob-side entry retaining technology,ensures the normal minig of the working face.

Gob-side entry retaining; Grouting; Gas;Plugying;Effect;Analysis

馬步才 男 1975年出生 1997年畢業于太原理工大學 工程師 古交 030206

TD728

A

1672-0652(2010)07-0029-03

2010-05-18