“凝固力”FSS化學加固材料在松軟煤體仰采工作面的應用

樊夢戰

（潞安礦業集團公司常村煤礦，山西 長治 046100）

隨著我國煤礦開采強度的增大，很多礦井相繼進入較復雜地質條件的開采，面臨開采深度加大、巷道壓力增加、地質構造復雜等形勢，尤其是資源整合礦井中，多數礦井面臨過舊采空破壞區、煤田資源有限、只能仰采等，新型高分子材料如“凝固力”FSS等化學材料在煤礦生產中得到了廣泛應用，主要在采煤工作面煤壁加固、掘進巷道加固破碎頂板、巷道高冒區充填、堵水、采空區密閉等方面，取得了良好效果。

1 工作面現狀

150201綜采工作面可采煤層為15#煤層，地面標高1025～1075 m，井下底板標高721～833 m。工作面切眼為東西走向，東高西低（機尾高，機頭低）,皮帶順槽平均坡度為16.7度，回風順槽平均坡度為15度，工作面平均坡度為8度。

本工作面主要可采煤層為15#煤層：位于太原組底部，煤層厚度4.02～4.73 m，平均4.6 m，煤層結構較簡單，含有2層夾矸，其夾矸厚度為0.06～0.85 m。煤層頂板為砂巖或泥巖；底板為泥巖，為井田主要穩定可采煤層。煤層走向為東西走向，傾向南北。工作面采用傾斜長壁布置，放頂煤回采工藝，自然垮落法處理采空區。由于受煤田邊界與地面村莊等因素限制，工作面為仰采布置，平均坡度為17度，局部坡度達23度。推進長度375 m，采長140 m，平均采高2.6 m，循環進度為0.8 m，工作面進回風順槽均沿煤層度板布置。

在實際回采中工作面部分區域由于遇到地質構造出現了煤體較為酥軟、頂板破碎易冒落、支架支護頂板差的情況。為保證回采工作的順利進行，經公司領導研究決定，采取向工作面煤體注“凝固力”FSS的措施使破碎煤體膠結形成較為堅固的整體，然后再向工作面頂板打錨索加強支護防止頂板破碎矸石冒落，以使支架更加有效地維護頂板。

2 工作面注“凝固力”FSS前后情況

2.1 工作面煤墻注漿加固前后

150201綜采工作面煤墻加注“凝固力”FSS前，2月10—2月20日，在150201綜采工作面60～80架范圍內多次發生煤墻片幫、頂板破碎事故，出現大量的漏矸、漏煤現象。工作面基本每天都在重復著塌頂—維護—再塌頂—再維護的惡性循環，工作面使用大量坑木絞頂材料進行頂板維護、支架間大量落煤落矸人工清理勞動強度大，每日推進不足1 m，嚴重影響了回采進度。且工作面文明生產差、維護頂板作業危險程度高。自2月23日起向工作面片幫、塌頂區域開始注“凝固力”FSS加固煤體控制頂板后，情況開始逐漸好轉，2月24—3月2日期間工作面內僅發生2次小面積漏頂事故，基本無片幫現象，效果很明顯。機組割煤時片幫明顯減少，煤壁基本能保持住被截割狀態，頂板離層、漏矸也得到了有效控制。

2.2 “凝固力”FSS簡要介紹

“凝固力”FSS是一種低黏度，雙組分合成高分子—聚亞胺膠脂材料，用于松散煤體的加固和水流入口的封閉。其粘合力和機械性能極好，易與松散煤體產生高度粘合，能有效地加固和密封處理區域，提高松散煤體的整體性和受力性能。

力學試驗表明：松散巖體被“凝固力”FSS充填后平均單向抗壓強度為65.8 MPa，塑性變形開始載荷值在150 kN以上，平均凝聚力為10.2 MPa。

“凝固力”FSS的使用范圍：加固裂隙發育和不穩定地層；封閉水流入口；密實地層；巖石加固；錨桿的密封。

2.3 “凝固力”FSS作用機理

當采用高壓灌注進行堵水時，樹脂和催化劑混合發生化學反應或遇水產生膨脹，自身反應或發泡生成多元網狀密彈性體，當它被高壓推擠，注入到煤巖層或混凝土裂縫（在高壓作用下可以使煤巖層的閉合裂隙張開），可沿煤巖層或混凝土裂縫延展直到將所有裂隙（包括肉眼難以覺察的裂隙及在高壓作用下重新張開的裂隙）充填。在封堵裂隙加固煤巖層時，煤巖層不含水時產品膨脹率也相應變小（膨脹倍數為2～4倍），高壓推力將“凝固力”FSS壓入并充滿所有縫隙，達到止漏目的，成品抗壓介于25～38 MPpa；在遇水后（摻水）時產生關聯反應，發生膨脹，在膨脹壓力的作用下產生二次滲壓（膨脹倍數為20～25倍），高壓推力與二次滲壓將“凝固力”FSS壓入并充滿所有縫隙，從而達到止漏目的，成品抗壓介于15～25 MPa，可以說“凝固力”FSS是堵漏材料尤其是堵水材料中性能最好的一種。

3 結論

通過實踐證明，對煤體加注“凝固力”FSS是一種應用化學方法加固頂板的新技術，它能有效改善圍巖松散結構及機械性能，增強圍巖的整體強度，杜絕零打碎敲的頂板事故，無論從安全效果，還是從經濟效益看，都比較優越于其他加固破碎頂板方法，特別在沿斷層施工、異常破碎帶等圍巖狀態極差的環境下應用，效果更加明顯。但是其存在的不足也不容忽視，尤其是它是否會影響人體健康的問題，急需從醫學上提供一個強有力的證據。