譚坪礦遠(yuǎn)距離輸送注漿工藝的實(shí)踐應(yīng)用

管仁威

（山西焦煤霍州譚坪煤電有限責(zé)任公司，山西 霍州 031400）

1 工程概況

譚坪礦位于山西鄉(xiāng)寧礦區(qū)，一期工程設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力4.0Mt/a，配套建設(shè)同等能力的選煤廠。礦井一期投產(chǎn)時(shí)在工業(yè)場地開鑿主井、副井、中央風(fēng)井三個(gè)井筒，井下布置一個(gè)大采高綜采工作面，井下煤炭運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)，輔助運(yùn)輸采用無軌膠輪車。在開采過程中，由于該礦井深大，圍巖軟弱、破碎、松散、膨脹、地壓大，巷道以往采用的錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)效果不佳。在煤礦的行人運(yùn)輸巷道中在錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上必須使用鋼管混凝土支架復(fù)合支護(hù)作為二次支護(hù)。鋼管混凝土支架復(fù)合支護(hù)工藝的施工工序?yàn)椋簲U(kuò)斷面→錨網(wǎng)支護(hù)→安裝支架→充填→灌注混凝土→噴漿→壁后注漿。壁后注漿為鋼管混凝土支架復(fù)合支護(hù)的最后工序，通過注漿將深部圍巖與淺部圍巖加工成整體，該工序的操作為該支護(hù)的關(guān)鍵工序，關(guān)系著鋼管混凝土支架的質(zhì)量與使用壽命。在該壁后注漿工序過程中的注漿需求量達(dá)5～6.5t/m，但是以往采用的是就近注漿辦法，會(huì)受到水泥運(yùn)輸能力和注漿泵泵送能力的控制影響，導(dǎo)致注漿工程有相應(yīng)的滯后性，降低了圍巖注漿加固的應(yīng)用效果。

為解決因水泥運(yùn)輸能力和注漿泵泵送能力而導(dǎo)致的注漿不及時(shí)問題，對(duì)譚坪礦進(jìn)行了遠(yuǎn)距離輸送地面注漿技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用研究。通過在地面注漿站進(jìn)行制漿，再通過遠(yuǎn)距離輸送后完成鋼管混凝土支架復(fù)合支護(hù)工藝中的壁后注漿工序。該技術(shù)有效地提高了復(fù)合支護(hù)工藝中的注漿效率，有效地保障了行人運(yùn)輸巷道的圍巖穩(wěn)定性。

2 遠(yuǎn)距離輸送地面注漿技術(shù)的試驗(yàn)巷道分析

為保障第一次遠(yuǎn)距離輸送地面注漿技術(shù)的試驗(yàn)效果，試驗(yàn)地點(diǎn)確定為譚坪礦主暗回風(fēng)三聯(lián)巷。該巷道是聯(lián)接回風(fēng)斜井與北翼主暗斜井的第三條聯(lián)絡(luò)巷。該巷道的埋深較大為1010m，圍巖軟弱、破碎、松散、膨脹、地壓大，巷道的作用為煤料通道和行人通道，該巷道的服務(wù)年限較長必須保障其安全性。經(jīng)技術(shù)部門考察研究，必須對(duì)該巷道使用鋼管混凝土支架復(fù)合支護(hù)作為二次支護(hù)，才能有效地降低巷道的維修頻率，提高安全性，保障服務(wù)年限。針對(duì)該巷道的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)鋼管混凝土支架的參數(shù)如下：直徑d=4.1m的圓箍，巷道支護(hù)長度l=50m，經(jīng)計(jì)算混凝土注漿量為300t。按譚坪礦以往井下注漿工藝的注漿效率來計(jì)算，需要45d才能完成該工程的壁后注漿工序，這會(huì)降低鋼管混凝土支架的質(zhì)量，因此在主暗回風(fēng)三聯(lián)巷的鋼管混凝土支架復(fù)合支護(hù)工藝施工過程中采用遠(yuǎn)距離輸送地面注漿工藝是非常有必要的。

3 遠(yuǎn)距離輸送地面注漿技術(shù)的設(shè)計(jì)方案

根據(jù)該礦主暗回風(fēng)三聯(lián)巷鋼管混凝土支架復(fù)合支護(hù)工藝的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)距離輸送地面注漿技術(shù)的整體方案。該技術(shù)工藝共分為地面制漿系統(tǒng)部分、管路輸送系統(tǒng)部分和井下注漿系統(tǒng)部分三部分，下面逐一對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

3.1 地面制漿系統(tǒng)

地面制漿系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)如圖1所示，主要包括水泥罐、造漿系統(tǒng)和制漿控制系統(tǒng)。水泥罐為4個(gè)50t一體立式罐裝水泥儲(chǔ)存罐；造漿系統(tǒng)由皮帶機(jī)、高位水池、NL20型制漿機(jī)、蓄漿池、泥漿泵、除砂器、精漿池、攪拌機(jī)等組成，該制漿系統(tǒng)最大生產(chǎn)能力15m3/h；制漿控制系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)綜合控制柜可以采用電腦自動(dòng)控制，對(duì)地面制漿系統(tǒng)的生產(chǎn)流程進(jìn)行控制和管理，并實(shí)時(shí)顯示所有的數(shù)據(jù)，可以通過變頻調(diào)速螺旋機(jī)來實(shí)現(xiàn)制漿設(shè)備的自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理實(shí)現(xiàn)對(duì)制漿過程的全程跟蹤控制。

圖1 地面制漿系統(tǒng)工藝流程示意圖

3.2 管路輸送系統(tǒng)

主暗回風(fēng)三聯(lián)巷道的埋深達(dá)1010m，注漿壓力≥5.5MPa，注漿管路選擇抗壓≥11MPa的高壓管路。注漿管路的布置方案：注漿孔1#、2#→注漿孔通道→1013運(yùn)料巷→1013邊眼→1013運(yùn)輸巷→1014邊眼→主暗斜井→主暗回風(fēng)三聯(lián)巷。鋪設(shè)兩趟4PS-35MPa-76mm型高壓無縫鋼管，同時(shí)在變坡拐彎點(diǎn)設(shè)置有閥門及壓力表，用來對(duì)注漿管道進(jìn)行壓力檢測。

3.3 井下注漿系統(tǒng)

該鋼管混凝土支架復(fù)合支護(hù)工藝壁后注漿工序中，基于注漿量大、注漿壓力大的實(shí)情，設(shè)計(jì)采用深孔和淺深孔交叉式排式布置的方案，同時(shí)采用多次注漿方法。具體設(shè)計(jì)參數(shù)為：深孔孔深8.5m，淺孔孔深3.5m，排距5.5m，每排設(shè)計(jì)布置注漿孔5個(gè)，間距1.9m。注漿孔的具體分布情況如圖2所示。

圖2 淺深注漿孔布置示意圖

工程施工時(shí)，先對(duì)淺孔進(jìn)行施工作業(yè)，完成注漿施工后，再對(duì)深孔進(jìn)行打眼作業(yè)，繼而下長度l=1500mm的四分管，保障注漿管下管的外露長度≤50mm。同時(shí)要對(duì)注漿管口絲扣處進(jìn)行有效的清理，保障其完整性和衛(wèi)生干凈。

井下注漿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案：地面制漿系統(tǒng)每0.5h工作一次，可制漿4m3；利用漿液自流和注漿分流器來實(shí)現(xiàn)壁后注漿作業(yè)。

遠(yuǎn)距離輸送地面注漿技術(shù)方案形成后，經(jīng)多次試驗(yàn)進(jìn)一步完成了注漿工藝的優(yōu)化，確定了如下的技術(shù)措施：（1）地面制漿系統(tǒng)中水泥漿水灰比控制為1:0.8；（2）為保障注漿管路的安全，調(diào)整地面制漿時(shí)間為每0.4h，制漿量4m3，同時(shí)采用人工方式確認(rèn)制漿的時(shí)間和方數(shù)。

4 現(xiàn)場試驗(yàn)效果分析

在譚坪礦主暗回風(fēng)四三巷鋼管混凝土支架復(fù)合支護(hù)工藝壁后注漿工序當(dāng)中，遠(yuǎn)距離輸送地面注漿技術(shù)方案的應(yīng)用效果明顯，僅用5d時(shí)間就完成了該巷道所有設(shè)計(jì)方案中的淺孔和深孔的注漿作業(yè)，將以往傳統(tǒng)注漿需要40d工期的工程縮短為5d。從注漿效果來看，該注漿技術(shù)因注漿時(shí)間非常短，注漿效果非常理想，同時(shí)注漿效率也非常高。從該巷道的二次支護(hù)情況來看，圍巖穩(wěn)定性較好，無形變現(xiàn)象發(fā)生，有效地提高了鋼管混凝土復(fù)合支架的質(zhì)量，對(duì)保護(hù)該巷道的支護(hù)安全起到了關(guān)鍵作用。

5 結(jié)論

針對(duì)譚坪礦主暗回風(fēng)三聯(lián)巷的工程實(shí)況，鋼管混凝土支架復(fù)合支護(hù)工藝壁后注漿工序采用了遠(yuǎn)距離輸送壁后注漿技術(shù)方案。該技術(shù)有效地消除了水泥運(yùn)輸能力和注漿泵泵送能力對(duì)注漿效果的影響，將施工工期從40d縮短為5d，注漿效率和注漿效果都非常理想，有效地保障了該巷道鋼管混凝土支架復(fù)合支護(hù)的質(zhì)量，提高了巷道圍巖穩(wěn)定性，為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效安全開采奠定了基礎(chǔ)。