高分子注浆材料在我国矿区的应用现状及发展前景

高分子注浆材料在我国矿区的应用现状及发展前景

1.高分子注浆材料在我国矿区的应用现状及发展前景 篇一

关键词：新型注浆材料,煤体注浆加固,冒顶,应力集中

东曲煤矿14216工作面位于井下+973水平二采4号煤层中, 工作面南东为正在掘进的14218工作面;北西为已回采的14214工作面。工作面上部为12218, 12220, 22106, 22108工作面采空区, 层间距约为5 m。该工作面所采4号煤层总厚为3.45~4.7 m, 煤层上半部有0.15~1.64 m的泥岩夹矸, 夹矸之上为0.3~0.9 m的4号上煤。煤层直接顶为2.6 m的泥岩, 灰色, 含大量云母及黑色矿物, 中间夹0.4 m的煤、0.3 m的3号煤、2 m的砂质泥岩, 灰色性脆。该工作面装备了ZY6000/24/50型掩护式液压支架, MG500/1140-GWD型采煤机, SGZ-900/1050型刮板运输机, 配套功率较大, 设计日产5 000 t。该工作面于2013年2月投产, 平均月产煤12万t, 因受压力带影响, 工作面及两巷顶板破碎经常发生顶板事故, 造成工作面推进困难, 3月、6月、8月、9月的产量分别降至5万t、8万t、8万t和6万t, 工人劳动强度大, 安全威胁大。

1 注浆加固围岩作用原理分析

1) 破碎煤岩体注浆后, 注浆材料渗入煤岩体的裂隙之中, 将破碎岩块胶结成整体, 提高了注浆范围内岩体的整体性强度, 实现了利用围岩本身作为支护结构的一部分。

2) 注浆使得支护结构面尺寸加大, 围岩作用在支护结构上的载荷所产生的弯矩减小, 从而降低了支护结构中的拉应力和压应力, 使支架、单体分别能够适应更大的端面距和间排距。

3) 注浆后使得作用在工作面顶板的压力能有效地传递到煤体, 通过煤体的加固, 又能把荷载传到底板;同时由于组合拱厚度的加大, 能减小作用在底板上的载荷集中度并减小底板岩石中的应力, 减弱底板的塑性变形, 减小底鼓量。而工作面底板的稳定, 有助于工作面煤壁的稳定, 在底板、煤壁稳定的情况下又能保持工作面及两巷顶板的稳定[1]。

2 施工方法

1) 注浆材料:美固MP364是一种双组份硅酸盐树脂, 适用于快速胶结固化破碎的煤层和岩层, 可渗透0.14 mm以上的缝隙, 具有超强的渗透性;反应温度低于99℃;本身具有阻燃性和抗静电性;无腐蚀;无刺激性气味;性能稳定不收缩。凝固时间 (150±30) s, 24 h黏结强度为6 MPa。

2) 工作面煤壁进行注浆布孔方法:距离顶板0.5 m位置打孔, 孔深6 m, 仰角15°, 孔间距为4 m, 钻孔直径为42 mm。

3) 皮带顺槽受两帮注浆布孔方法:距离顶板1 m位置打孔, 孔深5 m, 仰角15°, 孔间距为4 m, 钻孔直径为42 mm。

4) 注浆设备:气动注浆泵 (ZQBS-8.4/12.5) 额定压力为12.5 MPa, 最大出口压力为21 MPa。

5) 开始注浆, 把两根吸料管分别插入美固MP364树脂和催化剂桶中, 活塞在马达的作用下运动, 在注浆泵压力的作用下将料通过注射枪注入煤体里, 60 min内快速反应加固煤体。

6) 注完后停泵, 检查注浆质量, 合格后开始注下一个孔。

3 施工效果

1) 通过对14309工作面煤壁加固, 有效控制了煤壁的片帮冒顶, 极大地改善了工作面的安全生产条件。

2) 通过对皮带顺槽进行注浆, 使巷道围岩恢复为连续状态, 有效地控制住了巷道的变形底鼓, 解决了皮顺与工作面三角地带的漏顶问题, 同时使机头的端头支架有足够的高度, 防止被压成死架。

3) 以工作面第一次注浆为例, 2013年2月27号至3月7号10天时间, 工作面割煤7刀, 仅出煤4 900 t。第一次采用注浆加固技术后, 工作面3月10号到3月13号割煤12刀, 出煤8 400 t。之后持续每推进4 m注浆一次, 工作面产量基本恢复至每天5刀的水平。

4) 通过采用煤体注浆加固技术, 不仅大大减轻了工人劳动强度, 减少了坑木消耗, 还减少了运输机、支架的损坏事故, 加快了工作面的推进, 使工作面逐渐趋于良性循环, 保证了安全生产。

4 结束语

随着矿井开采能力的提高, 开采深度的增加, 极破碎、含水围岩条件的工作面数量和分布范围连年增加和扩大, 这类围岩稳定性差、极易冒落, 不采取超前加固和高冒区充填等措施, 无法进行正常的回采与掘进。对该类煤岩体的治理已成为当前采掘施工中的焦点问题。采用美固MP364注浆材料施工设备简单, 易操作, 反应速度快, 环保无异味、无腐蚀、安全可靠效果明显, 减轻了工人的劳动强度, 有利于提高单产和安全生产, 但成本较高, 应进一步探讨低成本的煤层加固技术[2]。

参考文献

[1]康红普, 冯志强.煤矿巷道围岩注浆加固技术的现在与发展趋势[J].煤矿开采, 2013, 18 (3) :10-12.