波雷因注漿加固技術(shù)在極破碎頂板綜采面回撤中的應(yīng)用

摘 要 崔家寨礦13109綜采工作面回撤時(shí)，受地質(zhì)條件復(fù)雜等影響，支架頂梁上方?jīng)]有鋪網(wǎng)，而且工作面頂板十分破碎，在此情況下，采取注漿加固的方法對支架上方頂板進(jìn)行固化。注漿材料采用波雷因雙液漿，A料B料1：1混合，通過控制注漿壓力、注漿量和注漿范圍，對支架上方破碎頂板進(jìn)行固化，保證支架回撤過程中降架、拉架時(shí)頂板破碎巖石固結(jié)成一體，實(shí)現(xiàn)了支架的順利回撤。

關(guān)鍵詞 波雷因；注漿加固；綜采；破碎頂板；支架回撤

1 工作面概況

13109工作面位于崔家寨礦三采區(qū)1號煤層，是該采區(qū)首個(gè)1煤層工作面，工作面埋深350米左右，面長116米，走向900米。煤層平均厚度3.8米，平均傾角9度。煤層頂板情況：偽頂粘土巖，厚0.1-0.2m，性脆易碎；直接頂砂質(zhì)粘土巖，厚1.5m，性脆，具滑面及裂隙，膠結(jié)性差，易離層；老頂粉砂巖，厚2.7m，堅(jiān)硬，致密，具滑面及裂隙，下部水平層理發(fā)育呈板狀。直接底含炭粘土巖，厚3.93m，質(zhì)軟、易碎，滑面極其發(fā)育；老底鮞狀粘土巖，厚3.7-9.2m，堅(jiān)硬。該工作面回采范圍內(nèi)的地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層發(fā)育，對回采影響較大的斷層9條，落差0.5-5.5m。該區(qū)域遭到附近小煤礦越界開采破壞，采面內(nèi)遺留有多條小煤礦巷道，給工作面生產(chǎn)帶來極為不利影響。

工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，工作面裝備為：MG300/730-WD型雙滾筒采煤機(jī)一臺(tái)，SGZ880/800刮板輸送機(jī)一部，ZZ5000-21/42支撐掩護(hù)式液壓支架80組。

2 回撤條件

目前我國煤礦綜采工作面收尾一般采用在支架上方鋪網(wǎng)上繩的方法，形成人工假頂在回撤支架時(shí)維護(hù)頂板，鋪設(shè)的網(wǎng)和繩沿工作面走向長度一般長10米左右，覆蓋整個(gè)支架范圍。崔家寨礦13109工作面收尾時(shí)，由于復(fù)雜的地質(zhì)條件影響，頂板十分破碎，工作面中部發(fā)生冒頂、倒架等問題，收尾工作十分困難，進(jìn)度緩慢。在支架上方鋪網(wǎng)長度剛剛1.5米，僅達(dá)到前梁末端，頂梁和掩護(hù)梁上還沒有網(wǎng)的情況下，為加快工作面回撤速度，礦決定工作面停止推采，直接收尾。此時(shí)支架頂梁和掩護(hù)梁上沒有金屬網(wǎng)，為保證支架回撤過程中能正常維護(hù)頂板，避免在降架拉架過程中頂板冒落，在收尾過程中采取了注漿加固措施，保證了正?；爻?。

3 注漿加固的作用機(jī)理

3.1骨架網(wǎng)絡(luò)作用

提高煤巖體的整體強(qiáng)度。在破碎煤巖體注漿回固過程中，漿液在泵壓的作用下擠壓或滲透到破碎煤巖體的大大小小的裂隙中去，漿液固結(jié)后，以固體的形式充填在裂隙中并與巖體固結(jié)，這些充填的材料在巖體內(nèi)形成新的網(wǎng)絡(luò)狀的骨架結(jié)構(gòu)。注漿后的巖體增加了由加固材料形成的漿脈，現(xiàn)場觀測到的漿脈厚度為0.5mm-50mm。這些漿脈在巖體中呈薄厚不一的片狀或條狀，但均互相聯(lián)系形成網(wǎng)絡(luò)骨架。網(wǎng)絡(luò)骨架內(nèi)側(cè)則是均勻密實(shí)的巖體，形成骨架網(wǎng)絡(luò)的充填材料具有較好的彈性和粘結(jié)強(qiáng)度。

3.2補(bǔ)強(qiáng)加固作用

通過注漿使破碎巖體的強(qiáng)度及整體性得到加強(qiáng)，由于漿液在巖體內(nèi)充實(shí)，固結(jié)強(qiáng)度提高，形成完整的連續(xù)的承壓體。注漿可改善巖體弱面的力學(xué)性能，使裂隙的粘聚力和內(nèi)摩擦角都有不同程度的提高，強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度都得到改善，其中強(qiáng)度明顯。

3.3充填壓實(shí)作用

注漿漿液在注漿泵注漿壓力的作用下，不但可以將相互聯(lián)通的巖體裂隙充滿，同時(shí)在壓力的作用下，還可以將充填不到的封閉裂隙和空隙壓縮，從面對巖體整體起到壓實(shí)作用。壓實(shí)作用的結(jié)果是使巖體的彈性模量提高，強(qiáng)度也相應(yīng)提高。

3.4轉(zhuǎn)變破壞機(jī)理作用

當(dāng)巖體中存在較大的裂隙時(shí)，且裂隙附近的巖石單元處于二向應(yīng)力狀態(tài)，而當(dāng)裂隙內(nèi)充滿加固材料后應(yīng)力發(fā)生變化，這些單元將轉(zhuǎn)變成三向受力狀態(tài)。巖石在三向受力狀態(tài)下的強(qiáng)度極限將比在兩向或單向時(shí)顯著增大，并且脆性減弱，塑性增強(qiáng)，注漿加固從而起到了轉(zhuǎn)換破壞機(jī)理和增加巖體強(qiáng)度的作用。

4 注漿方案

4.1注漿材料

由于1煤層頂板本身為粘土巖，性脆易碎，滑面及裂隙發(fā)育，加上該工作面收尾時(shí)間較長，頂板已十分破碎，根據(jù)頂板巖石的特性和破碎程度，選擇波雷因注漿材料。波雷因材料是一種有機(jī)高分子雙液型注漿材料，雙組份材料通過專用氣動(dòng)注漿泵和混合槍，注入破碎巖體后迅速反應(yīng)與巖體凝固生成高強(qiáng)度、有韌性的固結(jié)體，從而達(dá)到對巖體的加固作用。該注漿材料具有較高的粘合力和較好的機(jī)械性能，親和力強(qiáng)，固結(jié)體的柔韌性能承受一定的變形。

注漿材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：粘度低、滲透性好，可滲入到巖層微細(xì)裂隙或節(jié)理內(nèi)；具有優(yōu)異的粘結(jié)強(qiáng)度，能與松軟巖層粘結(jié)為一體，并增加松軟巖層的整體性；材料的凝膠體具有較好的延展性，從而能很好的適應(yīng)巖層的較大變形；材料反應(yīng)后生成的凝膠體具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，從而對松散巖層具有輔助支護(hù)作用；材料能遇水發(fā)生臌脹反應(yīng)，從而其還具有注漿堵水的效用。

4.2注漿孔布置

注漿孔采用煤電鉆進(jìn)行打眼，鉆孔直徑42mm，鉆孔由老塘窩向待回撤的支架上方頂板打設(shè)，鉆孔方向平行工作面方向，鉆孔間距1米，與水平方向向上傾斜20-30度，孔深1.5米，每組支架上方布置個(gè)2-3個(gè)注漿孔。打完注漿孔后，將注漿管插入鉆眼，注漿管使用四分管，長1.5米。準(zhǔn)備好注漿設(shè)備、注漿材料，連接好各種管路，進(jìn)行注漿工作，注漿終壓不低于1MPa，注漿完畢凝結(jié)30min后，固結(jié)體達(dá)到一定強(qiáng)度，即可開始進(jìn)行支架回撤工作。每個(gè)注漿孔注漿量約50-100Kg，第組支架注漿量100-250kg，平均每組150Kg，每組支架上方巖矸破碎程度不同，注漿量也有所調(diào)整。注完一組回撤一組，循環(huán)進(jìn)行。

4.3注漿設(shè)備

注漿設(shè)備采用ZQB-5/12型風(fēng)動(dòng)高壓雙液注漿泵，氣動(dòng)泵的主要工作部位為雙作用式液壓增壓泵，被增壓的漿液，經(jīng)高壓注漿管被壓注到巖層裂隙內(nèi)，并達(dá)到注漿的目的。雙液注漿時(shí)，兩種組分可按1∶1的體積比輸出并混合。A料和B料分別通過各自的柱塞和礦用K型高壓膠管，單向閥Y型三通，混合器進(jìn)入封孔器，并被壓注進(jìn)破碎煤巖層，注漿壓力設(shè)計(jì)為3～5Mpa，保證了漿液的充分滲透與擴(kuò)散。 QB-12型注漿泵體積小，重量輕，注漿壓力大，最大注漿壓力可達(dá)50Mpa。

5 結(jié)語

13109工作面回撤支架時(shí)在頂板破碎，支架上方?jīng)]有鋪網(wǎng)的情況下，采用注波雷因漿液加固頂板，共回撤支架80組，其中在70組支架上方進(jìn)行注漿加固，共消耗波雷因注漿材料10噸，平均每組支架注漿量為150Kg左右。通過注漿加固對破碎頂板巖石進(jìn)行了有效粘結(jié)，使之成為整體，提高了頂板巖石的穩(wěn)定性和承載能力，避免了破碎頂板在降架和回撤支架時(shí)頂板冒落現(xiàn)象發(fā)生，保證了工作面支架的正?；爻罚Ч@著。

作者簡介：楊青山，男，1963年生，現(xiàn)任開灤（集團(tuán)）蔚州礦業(yè)有限責(zé)任公司崔家寨礦生產(chǎn)副礦長，長期從事煤礦管理工作。