霍爾辛赫煤業3207回采工作麵過斷層加固治理方案

霍爾辛赫煤業3207回采工作麵過斷層加固治理方案

山西譽邦新動力科技有限公司

2013年9月26日

一、地質概況：

霍爾辛赫煤礦3207大采高綜采工作麵，采高平均為5.8米，沿底板推進，煤層上方有厚度0.4米的偽頂，直接頂為軟質砂質泥岩，薄層狀，水平層理。工作麵推進前方受F27斷層影響(根據掘巷資料斷層落差2.6-3米，傾角40-60°），現機頭已揭露，50架到63架之間煤壁片幫嚴重，頂板破碎漏矸嚴重，已影響正常生產，經礦方研究進行預注瑞象化學漿進行加固治理。

二、治理地點及頂板注漿加固治理目的、預期效果：

1、3207回采工作麵斷層影響區域需要進行加固處理。

2、通過頂板注漿加固，提供合理的支護阻力，適應圍岩變形，有效保持圍岩穩定。其綜合效果表現在以下四個方麵：

1）漿液固結體的網絡骨架作用

漿液經擠壓或滲透到圍岩縱橫交錯的裂隙中固結後，會在圍岩中形成網絡骨架結構。漿液固結體呈薄厚不一的片狀或條狀，幾乎可相互連通形成網絡骨架，瑞象加固化學材料和煤體的固結體具有良好的韌性和粘結性，當外載增加時，固化材料發生變形但不破壞，載荷主要由強度較高的煤岩體承擔，這樣圍岩的破壞條件由原來的裂隙弱麵強度條件向接近煤體強度條件轉化。當煤體應力超過煤體強度發生較大變形時，固結材料的網絡以其良好的韌性和粘結強度起到骨架作用，提高圍岩的殘餘強度，限製圍岩破壞的擴展，從而改善維護狀況。

2）充填壓密及轉變圍岩破壞機製的作用

漿液在泵壓的作用下，除了將一些較大的裂隙充填滿，還可以將一些充填不到的封閉裂隙和小裂隙壓縮，甚至使其閉合，提高圍岩的彈性模量和強度。

經過注漿固化後，裂隙內充滿加固材料，加上固結材料對裂隙麵的粘結作用，使裂隙端部的應力集中大大削弱或消失，從而使圍岩的破壞機製發生轉變。另外，當圍岩中存在較大的裂隙，裂隙附近的岩體處於二向應力狀態，當裂隙內充滿固化材料或壓密後，將變為三向應力狀態，而岩體在三向應力狀態時的強度比二向時顯著增大，並且脆性減弱、塑性增強。通過對冒落區充填，使整個空區形成一個整體，提高總體承載能力。從受力狀態來看，注漿固化也起到了轉變岩體破壞機製和提高圍岩強度的作用。

3)提高頂板圍岩體強度

通過注漿, 能夠改變弱麵的力學性能, 即提高裂隙與煤岩體之間的粘聚力和內摩擦角,增大岩體內部塊間相對位移的阻力,從而提高頂板岩體的整體穩定性。

4)形成承載結構

通過注漿加固, 可以使鬆散岩體重新膠結成整體, 形成承載結構, 充分發揮圍岩的自穩能力。並且利用漿液的滲透和擴散作用，封堵圍岩裂隙，可阻止水氣侵入內部岩體，防止水害和風化對煤體的進一步影響，對保持圍岩力學性能，實現長期穩定意義重大。

三、材料及注漿設備：

1、瑞象加固Ⅱ材料介紹：

根據回采工作麵的狀況，我們選擇高分子化學加固材料——瑞象新加固Ⅱ材料進行注漿加固。瑞象加固是由兩種組分組成（樹脂和催化劑）的高分子化學產品，用於煤岩體的加固。產品的高度粘合力和良好的機械性能與煤岩體產生高度粘合，良好的柔韌性可以承受地層壓力的長期作用，並且具有強抗滲性能、抗磨、抗衝擊性能和抗老化性能，從而達到長久穩固煤岩體的目的。

材料在注入到煤岩體裂隙中後，低粘度的混合物可以保持幾秒到一分鍾左右的液體狀態，在擴散一定範圍後反應結束，在煤岩體裂縫內反應、硬化，與煤岩體膠結，達到快速加固煤岩體的目的。

對於普通煤岩體加固劑，尤其是水泥基材料主要依靠泵壓作用下的濃度滲透壓力差機理來進行滲透的。而瑞象加固最大優點是能夠發生膨脹，產生漿液在煤岩體裂隙中的二次滲透壓力，其膨脹倍數可達到原體積的1.5～2.5倍。因此，其不僅依靠泵壓作用的濃度壓力差進行滲透，而且依靠材料本身的膨脹特性產生自身的二次滲透，使得漿液向四周擴散，這樣漿液的擴散範圍和充填密實度要比普通材料高出數倍。材料的使用需要一台雙液注漿泵和一支混合槍。可以在幹燥或潮濕的環境中使用，受環境的影響較小。

2、各項技術內容及指標

瑞象加固反應前材料常溫下為純液態，具有良好的滲透性，可滲透到微小的裂隙中，反應時間短，快速固結並達到需要強度，反應過程中放熱量低；固化物強度高，強粘結性能保證與岩層的高度粘合，良好的柔韌性可以承受地層壓力的長期作用；並且具有強抗滲性能、抗磨、抗衝擊性能和抗老化性能，從而達到長久穩固岩體的目的。

瑞象加固瑞象技術參數如下:

1．主要成分： 瑞象樹脂 瑞象催化劑

產品外觀 淡黃色液體 深褐色液體

比重（23±2℃）（Kg/m³） 1030±20 1230±20

粘度（23±2℃）（mPa·s） 200～300 200～250

混合體積比 1 1

有效儲存期（20℃）（月） 6 6

2．聚合產品：

最初粘度（23±2℃）/（mPa·s） 200-300

反應開始時間（23±2℃）/s 40±10

反應結束時間（23±2℃）/s 75±10

反應特性 可根據工程狀況預先調整反應時間及反應特性：不發泡，微發泡至發泡倍率1.2～2倍

抗壓強度（max）/MPa ＞50

粘結強度（max）/MPa ＞3.0

擴散半徑（m） ＞2（一般裂隙發育）

阻燃特性 阻燃

3、瑞象加固漿液工程應用典型特性

均質圍岩注漿後柔性網絡骨架作用



漿液通過注漿擴散，在均質圍岩裂隙中，枝狀漿脈相互交叉形成的柔韌性網狀結構。增加了岩體的整體結構和承載能力。

4、注漿設備

雙組份化學注漿泵------氣動注漿泵（ZQBS-8.4/12.5）

氣動注漿泵由氣動馬達下方帶動三個活塞，工作時吸料管分別插到兩種液體料桶中，活塞泵通過吸排料管抽運雙組份材料的兩種液體介質。兩種液體壓送比例為1：1，並且利用三個活塞截麵積的不同和不同的組合實現不同的注射比例。兩種液體分別通過高壓軟管壓送到雙液注射混合槍裏混合，混合物通過注射管送到目的位置。

圖 雙組份化學注漿泵

四、治理方案：

1、注漿整體方案：

1）根據現場實際情況，按斷層走向進行循環注漿推進，遇到冒區用瑞象填充Ⅱ進行填充接頂，煤壁破碎片幫處進行循環加固。

2）工作麵推進過程中適時調整工作麵推進角度，增大工作麵與斷層的角度，減小工作麵受斷層影響的長度。

3）工作麵推進過程中適時調整工作麵采高的高度。

2、具體注漿方案：

1）在工作麵需要治理階段打孔注漿，工作麵采高5.8米，第一排孔在距離頂板下2米位置打孔，孔深8米和角度仰角50°向上打孔，第二排孔在第一排孔下1.5米處向煤壁打6-8米的直孔（根據斷層和現場實際情況定），封孔器放置在距離孔口1.5米位置。孔距初步設計4米，單孔注漿量控製在20組左右。具體布孔示意圖如下所示：

注漿孔布孔主視圖

布孔參數可根據實際情況進行調整。

（2）3207工作麵遇到冒區需充填治理：支架上有冒落物煤渣的無需做假頂可直接打眼注漿，支架上冒空的可簡單做一下假頂支護後開始注漿。孔深隨實際冒落情況而定。

注漿注意事項：

1）每孔注漿量盡量均勻，每孔注漿量的誤差控製住5組以內；

2）盡可能保證注漿擴散範圍，尤其是冒區下部煤和岩膠結固化的完整性，具體注漿量參數可視現場情況調整；

3）在設計的鑽孔位置打孔，若現場情況有變化，可在原設計方案基礎上稍做調整，注漿孔深度可視注漿擴散效果取最佳值；

五、注漿工藝和操作流程：

1、施工步驟：

1）孔位的設計，根據現場情況合理設計注漿鑽孔；

2）打孔，要求鑽孔直徑Ф=42mm，孔深≥6米或4米；

3）氣動注漿泵及其附件組裝好並把注射槍固定住；

4）開始注漿，把兩根吸料管分別插入瑞象加固樹脂和催化劑桶中，活塞在氣馬達的作用下運動，由於壓力的作用使原料經過活塞進入輸料管，輸送到注射槍裏，通過注射槍注入風化煤體裏，進而快速反應達到加固鬆散煤體的目的；

5）停止注漿，用樹脂衝洗管路和混合槍；

6）換孔注漿；

7）注漿完畢後，用機油清洗注漿泵和管路。

雙液化學注漿係統設備布置圖

六、安全技術措施

1、建立健全各種崗位責任製，嚴格執行現場交接製度。

2、氣動注漿泵及注漿管路必須試運轉，確認機械性能和各種閥門管路、壓力表完好後，方準施工。

3、每次注漿前，認真檢查安全閥、壓力表的靈敏度，並調整到規定注漿壓力位置。

4、安裝注漿管路和泵頭各部件時，各絲扣的聯接必須擰緊，確保聯接完好。

5、注漿過程中，禁止現場人員在注漿孔附近停留，防止傷人。

6、注漿時要保證風源可靠，不得隨意停風，必要時必須事先通知，待注漿完成並衝洗後方可停風。

7、注漿施工期間，由修理工排除各類故障。

8、注漿現場操作人員必須佩戴安全帽、防護眼鏡、口罩和手套等勞保用品，方可進行注漿施工。

9、注漿過程應派專人負責，填寫注漿記錄表，記錄注漿時間、漿液消耗量及注漿壓力等數據，觀察壓力表值，監控連通裝置，避免因壓力猛增而發生異常情況。

10、注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現象，如發生大量串漿情況，應立即停止注漿，也可采用棉紗、木楔等進行封堵。注漿過程中壓力如突然升高，可能發生堵管，應停機檢查。

七、單孔注漿結束標準為：

1、注漿時返漿嚴重時及時停泵換孔；

2、注漿過程中發現異常情況，及時停泵處理。

八、注漿施工安全技術措施：

1、管理製度及人員配備要求

1）施工前必須向全體施工人員貫徹施工組織措施、安全技術措施，使每個施工人員都明白施工工序、施工方法和施工安全注意事項。

2）操作人員應配備防風眼鏡、防塵口罩、手套等勞保用品，作好個人防護工作。

3）嚴格貫徹執行安全生產管理的各項規章製度和崗位責任製，以確保注漿施工的安全、快速、優質。

4）為確保鑽注施工的安全，快速，優質，各班組均配備有經驗的注漿技術工人。

5）所有現場人員均有“聯保、自保、互保”的責任和義務；

6）其他未盡事宜嚴格執行《煤礦安全規程》和泰山隆安礦相關規定。

2、注漿操作注意事項

1）打注漿孔時，鑽具一定要控製好，先慢後快，一定扶好風鑽及鑽杆，以防斷鑽杆、風鑽傾斜發生意外傷人。

2）安裝注漿管時，人員站在安全可靠地點；注漿時，人員要避開注漿管正麵位置，以防注漿管意外傷人。

3）注漿前，檢查管路及鑽孔，檢查注漿孔是否暢通，有無堵塞現象。

4）注漿過程中要觀察是否跑漿，其它鑽孔是否異常，有無竄漿現象。

5）注漿期間要設專人觀察注漿管、巷道周圍是否有跑漿現象，發現問題及時采取措施處理。

6）注漿人員嚴格執行注漿泵操作規程，佩帶防護眼鏡、乳膠手套，謹防漿液對人造成傷害；注漿管路要牢靠，各螺絲扣的連接必須擰緊，以防脫出傷人，放漿時，要注意安全，人員避開放漿閥門，防止高壓漿液突然噴出，時刻注意壓力表變化情況，發現異常情況及時處理。

7）記錄員跟班檢查注漿情況，發現問題應立即停止注漿。

8）注漿結束後，要及時清理鑽注設備，並進行檢修。

9）注漿施工必須嚴格執行現有施工安全管理規定及相關安全技術措施。

3、注漿管的聯接方法：

1）每孔配件由1個快插接頭，無孔的實管，封孔器、若幹花管組成等配件組成；

2）安放注漿管時，鑽孔深部為注漿花管﹢封孔器+注漿實管﹢快插接頭組成，之後注射槍連接快插接頭進行注漿；

3）注漿實管和注漿花管安裝長度可視封孔器安裝位置減短或加長，但前端必須安裝注漿花管；

4）注漿前若孔口端孔徑較大，則用棉紗塞入注漿鑽杆與孔徑的空間位置並搗實，以利於封孔。

4、注漿泵及注射槍的聯接：

1）把設備垂直放平且不影響通行的位置，並視注漿孔的情況把設備盡量放在利於多孔注漿的位置；

2）聯接風源，風源聯結前應把風管中的雜物衝掉後再進行連接，並保證隨設備的移動風管亦應移動方便，或者移動設備後能就近接入風源；

3）聯結注漿管路，把兩根DN13的高壓膠管分別連接到兩注漿缸體上，並用u型卡固定牢靠；

4）分別把兩個吸料管放入樹脂和催化劑的包裝桶，並在缸體上做好標記，再次施工，原吸料管也應同於上次的樹脂和催化劑的包裝桶；

5）開動氣泵，是兩種液體吸入缸體並從DN13的高壓膠管中排出，持續開動幾分鍾，觀察注漿比例和吸料情況，若有問題，立即停泵處理；

6）待設備正常後，DN13的高壓膠管連接注射槍，注射槍連接到快插接頭，關閉卸壓閥，開動設備注漿；

7）注漿一旦進行，兩種液體應分別持續不斷的到入注漿桶，不得混合到入，不得斷料；

8）注漿過程中，兩注漿桶內不得出現任何“顆粒狀、片狀、線狀、條狀、帶狀”的雜物，若不慎掉進桶中應及時撈出，以免吸入缸體堵塞設備；

9）注漿過程中，應不斷檢查各連接部位連接是否牢固，以免u型卡因注漿震動而脫落。

5、人員材料配備：

1）每台注漿設備我方配備2名施工人員進行現場指導工作。貴礦需要配合做的工作：提供2名輔助人員倒料、2名打眼工，同時安排若幹名人員運料，保證材料能夠滿足使用的需要，準備動力風源要求4-7bar；準備風管，準備42mm鑽頭，要求直徑1寸,長度視現場情況而定；準備清洗劑，兩桶水和一桶機油；準備足夠的棉紗和木楔用來防止原料順裂隙流出造成浪費；

2）根據貴礦實際情況我公司在檢修班及停采時安排二台進行大範圍注漿。

九、災害應急撤退路線：（參照霍爾辛赫煤礦安全作業規程執行）

根據《煤礦安全規程》第49條之規定，以上內容未涵蓋之處要嚴格按《煤礦安全規程》、《操作規程》和《霍爾辛赫煤礦綜采工作麵作業規程》有關針對性規定執行。