煤礦巷道壁后注漿施工工藝

煤礦巷道壁后注漿施工工藝

1淋水治理工程20世紀(jì)50年代至60年代，在晉普山煤礦運(yùn)輸平輿挖掘了一條完整的巖石道路，截面為三心弧（矩形和弧形），寬約4.5m，高約2.3m。支護(hù)采用混凝土砌碹,厚約30cm。施工時(shí)因混凝土和頂板接觸不緊密及連接縫未妥善處理,導(dǎo)致頂板巖石裂隙水和地表積水從混凝土接縫處滲出淋水。出水層位為地表含水,受雨季降水影響較大,尤其到冬季時(shí)大巷淋水結(jié)冰,不但給行人帶來(lái)不便,而且當(dāng)車輛通行時(shí),也會(huì)給行人造成安全隱患,因此,晉普山礦需對(duì)巷道淋水進(jìn)行治理。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分析要進(jìn)行巷道堵水處理的巷道工程長(zhǎng)約450m。其中滲水、淋水嚴(yán)重,冬季結(jié)冰段長(zhǎng)150m左右。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況制定了注漿封堵方案,包括施工工藝,封堵材料和注漿方法均進(jìn)行了改進(jìn),通過(guò)本次注漿封堵,治水后總剩余出水量不影響安全生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)冬季巷道不結(jié)冰、不掛冰,消除了安全隱患。1.1工作斷面幫煤壁和破碎頂板的力學(xué)作用采用高分子化學(xué)材料對(duì)煤巖體進(jìn)行注漿加固與堵漏是我國(guó)煤炭行業(yè)中的一項(xiàng)新技術(shù)。加固主要用于(超前)加固巷道或工作面片幫煤壁和破碎頂板,通過(guò)特殊的化學(xué)作用,提高那些由于受到采動(dòng)壓力影響彼此失去內(nèi)聚力的巖塊之間的相互摩擦連接作用,阻止較大巖塊從巖塊砌體梁中跨落下來(lái),從而保證工作面頂板的完整性和穩(wěn)定性;堵漏主要用于巷道或密閉的裂隙、空洞的漏風(fēng)、漏水及防治瓦斯工作,從而達(dá)到通風(fēng)、排水系統(tǒng)的合理、高效運(yùn)轉(zhuǎn),保證整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)。1.2煤巖體的生物利用技術(shù)新型有機(jī)高分子材料固特瓏化學(xué)漿液由體積相等的A、B兩種有機(jī)高分子原料組成,當(dāng)采用專用的壓注設(shè)備將A、B兩種化學(xué)原料等量壓注到破碎煤巖體后,經(jīng)充分混合便發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),生成對(duì)煤巖體具有較高粘結(jié)性的有機(jī)彈性體,人為地改善了松軟破碎煤巖體的物理力學(xué)性能,有機(jī)彈性體在破碎煤巖體內(nèi)膨脹、滲透、充滿整個(gè)裂隙面形成網(wǎng)絡(luò)骨架,把松散的煤巖體粘結(jié)到一起,起到補(bǔ)強(qiáng)加固和充填密實(shí)作用,漿液充填所有的裂隙后,完全封堵漏風(fēng)、漏水裂隙,達(dá)到封堵涌水通道、加固巷道圍巖、防治瓦斯積聚、促進(jìn)安全生產(chǎn)的目的。2封鎖方案2.1有機(jī)高分子化學(xué)材料注漿以氣動(dòng)注漿泵為動(dòng)力,井壁圍巖鉆孔安裝注漿管,利用有機(jī)高分子化學(xué)材料固特瓏的膨脹性、極強(qiáng)滲透性和耐腐蝕性進(jìn)行注漿充填,疏導(dǎo)、封堵導(dǎo)水裂隙,達(dá)到杜絕涌水、淋水全斷面到處亂流、亂滲的目的。2.2雙液漿注漿加固巷道以電動(dòng)液壓注漿泵為動(dòng)力,井壁圍巖深部鉆孔安裝注漿管,利用水泥、水玻璃雙液漿進(jìn)行注漿封堵導(dǎo)水裂隙,達(dá)到永久堵水和加固巷道的目的。鉆孔方位以沿裂隙面鉆進(jìn)為原則,注漿以裂隙內(nèi)高壓注漿為手段,實(shí)施壁后高壓注漿堵水。2.3剩余體積處理深部裂隙鉆孔導(dǎo)水,安裝導(dǎo)水管,將剩余水量通過(guò)導(dǎo)水管導(dǎo)到巷道一側(cè)水溝,杜絕頂板淋水。3有機(jī)發(fā)泡化學(xué)漿注漿注漿材料選用復(fù)合水泥漿材和高性能化學(xué)漿材。復(fù)合水泥漿材是在425#普硅水泥、水玻璃雙液漿中加入一定比例的FGN加固補(bǔ)強(qiáng)型注漿添加劑,以增強(qiáng)漿液滲透性、提高固結(jié)體強(qiáng)度和穩(wěn)定性,如單純采用水泥漿充填冒落區(qū),則會(huì)在頂板形成幾十噸重的游離體,對(duì)碹體產(chǎn)生應(yīng)力集中,埋下隱患。采用輕質(zhì)高強(qiáng)的有機(jī)發(fā)泡化學(xué)漿——固特瓏進(jìn)行注漿充填與加固,可與圍巖有機(jī)地膠結(jié)為整體,且膠結(jié)體有一定的可縮性,使壓力均衡作用于巷道深部圍巖上。水泥注漿材料選擇425#普通硅酸鹽水泥、水玻璃雙液漿。其配比如下:水泥漿液水灰比應(yīng)控制在(0.7～0.9)∶1之間;水玻璃濃度一般應(yīng)為30～40Be;水泥漿與水玻璃之比應(yīng)控制在1∶(0.1～0.3);水泥與特種添加劑之間的比例應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整,一般宜控制在1∶(0.003～0.01);固特瓏化學(xué)漿為專用注漿泵按比例1∶1壓注施工,不需要調(diào)整。固特瓏堵水材料是一種高分子聚合物,具有較好的膨脹性和滲透性,與煤巖體均有較高的粘合力,在壓力作用下可滲透到微裂隙之中,混合后反應(yīng)膨脹凝固,形成致密的網(wǎng)絡(luò)骨架體,對(duì)破碎煤巖體裂隙起到有效的封堵、固結(jié)作用,達(dá)到堵水、加固的目的。4化學(xué)注漿和水泥注漿鉆孔采用風(fēng)鉆或液壓錨桿鉆機(jī)打眼,并配備相應(yīng)長(zhǎng)度的鉆桿實(shí)施一次鉆孔。化學(xué)注漿采用QB6C型氣動(dòng)高壓雙液化學(xué)注漿泵,水泥注漿采用ZBY3/7-11型電動(dòng)注漿泵。QB6C型氣動(dòng)注漿泵和ZBY3/7-11型電動(dòng)注漿泵主要性能參數(shù)如表1、2所示。5防止水中斷5.1錨點(diǎn)注漿孔根據(jù)出水點(diǎn)巷壁煤巖體的具體特點(diǎn)和壁后注漿堵水施工工藝,設(shè)計(jì)采用深孔與淺孔相結(jié)合交錯(cuò)布置方案。不僅能封堵壁后裂隙,更能封堵圍巖松動(dòng)圈的導(dǎo)水通道和裂隙,設(shè)計(jì)點(diǎn)式注漿孔,深孔孔深6～8m,淺孔孔深1.0～1.5m,深孔封孔固管段長(zhǎng)2m,鉆孔直徑42mm,間排距2～4m。以出水點(diǎn)四周布孔為重點(diǎn),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿量及跑漏漿情況,對(duì)注漿管密度、深度和角度隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整,鉆孔布置示意圖如圖1所示。5.2注漿終孔壓力及擴(kuò)散半徑控制根據(jù)出水點(diǎn)巷壁煤巖體的具體特點(diǎn)和壁后注漿堵水施工工藝,結(jié)合煤層最小抵抗面及碹體圍巖條件,當(dāng)巷道管路壓風(fēng)供風(fēng)風(fēng)量不低于3m3/min、供風(fēng)壓力不低于0.5MPa時(shí),設(shè)計(jì)注漿終孔壓力控制在2～4MPa,擴(kuò)散半徑控制在0.7～1.1m。5.3平均重復(fù)注漿系數(shù)單孔按下列公式計(jì)算注漿量:式中,Q單為單孔注漿量,kg;A為漿液的損耗系數(shù),取1.05;R為漿液有效擴(kuò)散半徑,取1.0m;H為注漿段長(zhǎng)度,取8m;n為孔隙率,取0.9%;B為漿液充填系數(shù),取0.8;1.2為平均重復(fù)注漿系數(shù);M為漿液密度,取1100kg/m3。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和經(jīng)驗(yàn),單孔水泥注漿量按1.6t計(jì)算,每排布置5個(gè)孔,100m巷道合計(jì)布置約160個(gè)注漿孔,約需水泥260t。水玻璃按7%計(jì)算,需要20t;化學(xué)漿單孔注漿量按60kg計(jì)算,合計(jì)布置約80個(gè)注漿孔,約需固特瓏材料5t。5.4孔隙率的檢查注漿工藝流程示意圖如圖2所示。施工工藝:標(biāo)孔→鉆孔→檢查鉆孔質(zhì)量→安裝注漿管及封孔部件→封孔→準(zhǔn)備漿液→開(kāi)泵注漿→凝固→檢