紅柳煤礦1122工作面輔運巷注漿堵水技術(shù)實踐

趙文華王建波胡東亮張云峰

(1.西安科技大學能源學院,陜西省西安市,710054;2.神華寧夏煤業(yè)集團公司紅柳煤礦,寧夏回族自治區(qū)靈武市,750408;3.中國礦業(yè)大學,江蘇省徐州市,221008)

紅柳煤礦1122工作面輔運巷注漿堵水技術(shù)實踐

趙文華1,2王建波2胡東亮3張云峰3

(1.西安科技大學能源學院,陜西省西安市,710054;2.神華寧夏煤業(yè)集團公司紅柳煤礦,寧夏回族自治區(qū)靈武市,750408;3.中國礦業(yè)大學,江蘇省徐州市,221008)

介紹了紅柳煤礦1122工作面輔運巷淋水情況,分析了SZD-1型賽瑞單組份堵水劑的堵水特性,通過確定注漿孔的布置及參數(shù)、施工流程和注漿順序,對1122工作面輔運巷進行注漿堵水試驗,結(jié)果表明,在淋水側(cè)使用鋪帆布的方法搜集的淋水量由注漿前的20 L/min,降低到注漿堵水施工后4 L/min,淋水量降低80%,效果良好。

頂板淋水 賽瑞堵水劑 注漿堵水 紅柳煤礦

1 概況

1122工作面位于紅柳井田中東部,為礦井11采區(qū)2#煤層首采工作面,工作面埋深150～350 m,走向長1889 m,平均傾斜長302 m,煤厚3.1～6.1 m,平均 5.28 m,傾角 5.3～15.5°,平均8.5°,可采儲量381萬t。1122工作面輔運巷平行于1122工作面進風巷,位于其東北方向35 m,見圖1。紅柳煤礦水文地質(zhì)勘探類型劃為二類一型,即以裂隙含水層充水為主、水文地質(zhì)條件簡單的礦床。勘探報告采用大井法、狹長水平巷道地下水動力學法和富水系數(shù)比擬法分別計算,預測礦井生產(chǎn)時井下正常涌水量為618 m3/h,最大涌水量為713 m3/h。目前1122工作面輔運巷存在的主要問題有:巷道頂板3～6 m處在含水層中、頂板淋水較大;巷道使用全工字鋼支護,支付成本高;巷道運輸條件、行人環(huán)境差。

圖1 1122工作面輔運輸巷布置

2 注漿堵水方案

2.1 國內(nèi)堵水材料簡介

目前,常用的堵水材料有聚氨酯(PU)、丙烯酸酯、聚合物水泥復合材料及聚合物改性乳化瀝青等,其中聚氨酯使用較為廣泛,聚氨酯防水涂料由A、B兩組分構(gòu)成,使用時兩組分須嚴格按規(guī)定比例稱量、混合,施工不方便,其中含有大量的有機溶劑,并且常用胺類固化劑(如MOCA)作B組分擴鏈劑,這些物質(zhì)都對健康和環(huán)境有不利影響。因而近年來,單組分水固化聚氨酯防水涂料的研究逐漸活躍,該涂料以水為固化劑,與傳統(tǒng)的固化劑相比,具有施工方便、無毒、無污染、成本低和能在較寬的溫度范圍內(nèi)固化等優(yōu)點。

2.2 賽瑞堵水劑簡介

SZD-1型賽瑞單組份堵水劑是一種油溶性單組份聚氨酯快速注漿堵水材料,具有固化快、發(fā)泡倍數(shù)大、固化強度高、堵水效果好等特點,是迄今為止帶水、帶壓化學灌漿堵漏施工、地基加固、混凝土補強的優(yōu)選材料?？蓮V泛使用在煤礦、地鐵和隧道等地下工程的涌水、滲水的防滲堵漏處理。

SZD-1型賽瑞單組份堵水劑性能特點:(1)阻燃性好,施工安全性好;(2)遇水后立即反應(yīng),粘度增加,生成不溶于水的凝固體,具有較強的機械強度;(3)膨脹倍數(shù)高:自由發(fā)泡時,一般可達20倍以上;(4)漿液遇到水反應(yīng)放出CO2氣體,使?jié){液膨脹向周圍擴散,產(chǎn)生二次滲透現(xiàn)象,因而有較大的滲透半徑和凝固體積比,它不受地層水壓的限制,且隨著水壓的增高,漿液膨脹受到限制后行成的凝固體將越緊密,抗?jié)B性和強度也隨之增高;(5)操作簡便,漿液為單組份,只需普通的單液灌漿泵,使用方便。

2.3 賽瑞注漿堵水工藝

(1)試驗巷道位置。1122工作面輔運巷2#聯(lián)絡(luò)巷往北20～40 m段的淋水量較大,此次試驗巷道長為10 m,試驗地點為1122工作面輔運巷2#聯(lián)絡(luò)巷往北20～30 m段。

(2)注漿孔布置。由于施工巷道已經(jīng)成形,故設(shè)計在原有錨桿、錨索之間以三花眼方式布置注漿孔,通過注漿孔注漿堵水,并對圍巖起到一定的加固作用。1122工作面輔運巷斷面寬5000mm,鉆孔布置采用巷道全斷面頂部均勻布置1排3個注漿孔,注漿孔呈三花眼方式排列,中間孔垂直頂板鉆進,左邊孔(無風筒)左偏30°,距中間孔2000mm,右邊孔(有風筒)右偏40°,距中間孔1000mm,注漿孔布置見圖2。

圖2 注漿孔布置圖

根據(jù)實際施工條件及注漿堵水工藝要求,設(shè)計注漿孔徑為42mm,先采用?28mm鉆頭成孔后用?42mm鉆頭擴孔50～100mm,孔深6000mm。

試驗巷道全長10 m,相鄰組注漿孔交叉布置形成梅花孔,排距2500mm,共5組。

3 現(xiàn)場施工及效果

3.1 注漿堵水施工

(1)現(xiàn)場施工流程:①檢查注漿孔,務(wù)必將注漿孔內(nèi)殘渣等清洗干凈;②檢查、連接注漿泵,接入壓風管;③試運行注漿泵,當確認吸漿管吸漿、出漿管出漿均正常后,即可準備注漿;④將出漿管與槍頭連接,隨后接上封口器、里端注漿花管并送入孔內(nèi)扶穩(wěn),封口器根據(jù)孔內(nèi)裂隙發(fā)育情況合理伸入,到位后確認一切準備就緒即可注漿;⑤每個孔注漿宜連續(xù)注完,當孔周邊裂隙滲料或注漿壓力達到5 MPa后即停止注漿,進行下一個孔注漿;注漿期間,應(yīng)有一人控制注漿泵開關(guān),一人照看吸料桶,隨時添加堵水劑以防吸空,另有一人全面協(xié)調(diào)、觀察注漿施工過程,若中間出現(xiàn)故障等需停泵處理時,應(yīng)先停風然后再進行處理;⑥注漿孔施工順序應(yīng)交叉進行,循環(huán)推進,直至注漿堵水區(qū)段全部注完為止;⑦注漿完畢后,確認施工效果,采用清洗機油對注漿泵進行全面清洗,以防活塞、管體內(nèi)部等積料堵塞;⑧清理工作現(xiàn)場。

(2)施工參數(shù)。設(shè)計單孔注漿量20～100 kg,注漿泵注漿壓力0～7 MPa,注漿泵采用氣力運轉(zhuǎn),所需壓風風壓0.3～0.8 MPa。

(3)注漿孔注漿順序。含水層位置為巷道頂板上方3～6 m,巷道靠人行一邊淋水較小,靠帶式輸送機一邊淋水較大,故采取先在含水層流動前方的注漿孔進行注漿,目的是截斷水流,封堵膠帶側(cè)淋水。注漿鉆孔采用深淺孔交叉分布等方式布孔,注漿操作由快變慢,保證注漿擴散效果,同時還要注重材料反應(yīng)封堵效果。

3.2 注漿堵水效果監(jiān)測

注漿前在淋水側(cè)使用鋪帆布的方法搜集的淋水量約為20 L/min,待注漿堵水施工完成后,使用同樣的方法搜集的淋水量約為4 L/min,淋水量減少到原來的20%,堵水效果顯著,堵水施工過程中每天抽檢淋水量如圖3所示。

圖3 實驗巷道淋水量

結(jié)合本次的注漿施工發(fā)現(xiàn),堵水效果還可以提高,注漿施工的實施方向是:增加堵漏材料的用量,可以提高堵水效果,但到后期堵漏材料用量增大時,堵水效果提高的不顯著,因此要注意堵漏材料使用量問題;將注漿堵水與引排水相結(jié)合,具體作法在淋水量大的位置使用注漿堵水,同時將水引到排水溝,在其余的部位使用注漿堵水;打鉆鉆孔設(shè)計時根據(jù)實際打鉆的出水深度,確定每個鉆孔的方位及深度,注漿時確保每個鉆孔的注漿量合適,既保證注漿材料的效能發(fā)揮到最大,又避免了對鉆孔的盲目注漿;對于由一些細小滲水裂隙造成的漏水,可以對這些裂縫使用水不漏材料進行處理,水不漏具有防潮、防滲、防水的特性,它抗漏強度高,粘結(jié)力強,耐水性好。

注漿堵水施工中SZD-1型賽瑞單組份堵水劑用量為0.5 t,市場價格為2400元,試驗巷道共計10 m,每米巷道的堵水成本為240元。

4 結(jié)論

(1)SZD-1型賽瑞單組份快速堵水劑,具有良好的堵水效果,與水反應(yīng)后膨脹倍數(shù)大,黏性增強,性能優(yōu)于同類產(chǎn)品。

(2)注漿堵水施工中需將引排水和注漿堵水相結(jié)合,充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢。

[1]劉國杰,耿耀宗.涂料應(yīng)用科學與工藝學[M].北京:中國輕工業(yè)出版社.1999

[2]游長江.國外水性環(huán)氧樹脂和水性聚氨酯涂料的研究進展[J].化學建材,1998(3)

[3]易長海.單組分水固化聚氨酯防水涂料的研究[J].新型建筑材料,2007(2)

[4]李紹雄,朱呂民.聚氨酯樹脂[M].南京:江蘇科學技術(shù)出版社,1992

[5]劉意.聚氨酯涂料的研究進展[J].遼寧化工,2002(3)

(責任編輯 梁子榮)

Grouting for water blocking in auxiliary haulage way of 1122 Working Face in Hongliu Coal Mine

Zhao Wenhua1,2,Wang Jianbo2,Hu Dongliang3,Zhang Yunfeng3
(1.College of Energy Science and Engineering,Xi’an University of Science and Technology,Xi’an,Shaanxi 710054,China;2.Hongliu Coalmine,Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co.,Ltd.,Lingwu,Ningxia 750408,China;3.China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221008,China)

The water leakage in auxiliary haulage way of 1122 working face in Hongliu coalmine was introduced and the characteristics of single-component water shut-off agent in type of Sairui SZD-1 was analyzed.The experiment of grouting for water-blocking was carried out in auxiliary haulage way of 1122 working face,after determining the layout and parameter of grouting hole,construction process and grouting order.The results show that the volume of water leakage drops down from 20 L/min to 4 L/min by 80%after grouting,showing a very good shut-off effect.

roof leaking,Sairui water shot-off agent,grouting for water blocking,Hongliu Coal Mine

TD743

B

趙文華(1968-),男,正高級工程師,現(xiàn)任神華寧煤集團紅柳煤礦生產(chǎn)副礦長,在讀博士。