13162上巷超前注漿加固技術應用實踐

李心愿 張 露

（河南大有能源股份有限公司石壕煤礦，河南 三門峽 472100）

石壕煤礦隸屬于河南大有能源股份有限公司，回采工藝為綜采放頂煤，掘進工藝為沿底托頂煤掘進。13162工作面上巷掘進工作面前方有多條空巷且空巷內支護早已失效，頂板完全冒落，內有有毒有害氣體，給掘進和支護工作造成安全隱患。

根據工程實際狀況，排除化學材料和水泥-水玻璃注漿材料，選用無機礦粉材料在迎頭提前打孔加固冒落區域。

1 工程概況

石壕煤礦13162工作面煤層厚度2～6m，平均3m左右，采用走向長壁、后退式綜合機械化放頂煤工藝，工作面回采巷道采用“U”型布置方式。巷道掘進采用沿底留頂煤，巷道為3.6×2.5m矩形斷面，工字鋼棚支護。礦區內原小煤窯遺留大量空巷，如圖1所示。由于空巷內存在大量瓦斯，高分子材料聚集發熱易導致著火甚至瓦斯爆炸事故。空巷錯綜復雜相互貫通，水泥-水玻璃材料現場配比很難控制，且強度增長緩慢，工期難以滿足要求，最終選用無機礦粉注漿材料超前加固，其成本低，用料少，早期強度高，施工工藝簡單。

2 注漿方案

2.1 注漿鉆孔布置

圖1 注漿鉆孔布置示意圖

根據現場打鉆實際情況，成孔最大深度在6m左右，設計孔深6m，上排三個孔，仰角40°，孔間距1.3m，孔徑38mm。

孔內插入四分鋼管作為注漿管，每節2m，共3根，第三根為花管。

2.2 注漿順序

為防止注漿過程中串孔，注漿順序為1、3、2、4、5，其中1、2、3為注漿孔，4和5作為驗證孔，如注漿效果不佳可利用驗證孔進行補注。

3 注漿材料及施工工藝

3.1 注漿材料

此次注漿采用的注漿材料為雙液注漿材料，是一種新型雙液無機礦粉注漿材料，具備不自燃、無毒、無腐蝕、無污染特性，是完全環保型注漿材料，是一種快凝、早強型注漿材料，同時也具備較強的可注性，較為適合巷道破碎圍巖、采掘工作面注漿加固需要。主要性能如下：

（1）兩種材料分別與水按照1:1混合攪拌制漿，漿液在混合前，6h內漿液不凝固、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煤體固結抗壓強度5.2～5.8MPa，抗剪強度1.3～1.7MPa；4h煤體固結抗壓強度8.5～10.1MPa，抗剪強度1.6～1.9MPa；8h煤體固結抗壓強度11.8～12.9MPa，抗剪強度2.5～2.8MPa；粘結強度2MPa以上；

（4）漿液在0.5～2:1水灰比下漿體結石率可達100%；

（5）漿液擴散范圍廣，擴散半徑可達2～5m，可注性較好；

（6）試樣2h的強度能達到8～15MPa以上。

3.2 注漿系統

注漿系統如圖3所示，系統有兩個型號QB260氣動攪拌桶，兩個盛漿桶（可以采用廢油桶加工），一臺型號2ZBYSB50/19雙液注漿泵，以及相應的管路和混合器組成。

圖3 注漿系統示意圖

3.3 封孔方法

鉆孔施工后插入四分鋼管，鋼管用接箍連接，首節鋼管兩段纏繞適量棉紗。封孔的目的是為了防止在注漿時孔口漏漿，導致注漿效果不佳，封孔效果直接影響注漿加固效果，封孔方法如圖4所示。

圖4 注漿封孔示意圖

3.4 注漿參數調整

正常注漿水灰比1:1，煤壁漏漿嚴重時可適當降低水灰比，最低控制在0.7:1，達到速凝堵漏的目的；反之，可適當增大水灰比，最高控制在2:1，達到節約材料，增大注漿半徑的目的。

注漿壓力是影響注漿效果的關鍵參數之一，一般情況下注漿壓力6～8MPa，圍巖破碎、漏漿嚴重時可適當減低注漿壓力，可調整為4～6MPa。

4 施工組織管理

4.1 人員組織管理

（1）每班注漿施工需要4人作業，注漿泵需2人攪拌制漿，1人負責注漿泵操作，1人負責觀察注漿過程；

（2）施工人員應佩戴護具，防止吸入粉料以及漿液濺入眼睛產生傷害；

（3）所有施工人員不能遠離自己崗位，注漿泵操作人員負責看護注漿泵，調整注漿壓力和泵速；注漿看護人員要觀察注漿泵是否吸漿，出現問題及時反饋調整；

（4）交接班時需進行現場技術交底，把設備使用情況、注漿情況、材料性能等交代清楚。

4.2 施工組織管理

（1）間隔打注漿孔，減小串孔概率；

（2）注漿壓力、泵速（流量）根據注漿情況及時調節，一般采用先小后逐步增大的方式；

（3）當遇到漏漿情況時，采用間歇停注漿泵并采用棉紗或者棉紗蘸取封孔材料的方式在漏漿口進行堵漏；

（4）高壓注漿膠管和注漿鋼管必須采用鏈條或鐵絲固定至巷幫上，以防止輸漿管路與注漿管的接頭脫扣傷人；

（5）拆卸管路或更換注漿孔應遵循先泄壓后拆卸的順序，防止高壓噴射傷人；

（6）本班注漿工作結束后，對攪拌桶、注漿泵、注漿管路進行認真清洗，并對材料、設備、管路進行歸置。

5 結語

（1）根據13162工作面上巷現場實際狀況，采用新型無機礦粉雙液材料進行注漿加固，冒落區煤矸混合體在材料作用下膠結，頂煤強度及完整性大大提高，有效解決了托頂煤掘進的難題。

（2）針對施工過程中出現的漏漿問題，采取間隔打孔、間歇注漿、控制材料水灰比及泵速、棉紗封堵等方法，有效解決了漏漿問題，積累了豐富的施工經驗。

（3）注漿加固后，掘進施工未發生頂煤冒落事故，確保了巷道有效斷面，保證快速掘進。

（4）礦區類似工程情況較多，此次注漿實踐積累了豐富的技術和施工經驗，創造了良好的社會經濟效益，推廣前景廣闊。