2108 綜采工作面注漿加固技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

閆克明

（蒲縣應(yīng)急管理局，山西 臨汾 041000）

1 2108 工作面概況

昊興塬煤業(yè)2108 工作面為一次采全高綜合機(jī)械化采煤工作面，工作面長度200 m，工作面煤層平均厚度3.0 m，工作面傾角0～4°。該工作面位于斷層影響區(qū)的120 號架至138 號架之間出現(xiàn)不同程度的漏頂現(xiàn)象。采用美固MP367 對支架前梁上方的破碎矸石及空洞進(jìn)行粘結(jié)、填充處理，并對工作面煤幫和頂煤進(jìn)行加固處理[1-3]。

2 注漿施工工藝

2.1 注漿材料

考慮到該工作面煤壁比較完好，只是工作面頂板比較破碎，且支架前梁上部矸石比較破碎，因此選擇滲透性好、黏結(jié)力強(qiáng)、強(qiáng)度高的加固材料對工作面頂板進(jìn)行加固處理，并對支架前梁上部破碎矸石進(jìn)行填充、粘結(jié)處理。加固材料選用強(qiáng)度高、強(qiáng)度發(fā)展快的加固材料，填充材料選用發(fā)泡速度快、發(fā)泡倍數(shù)大的充填材料，本次采用美固MP367 為加固和充填材料。美固MP367 是一種反應(yīng)快、劇烈發(fā)泡的礦物泡沫樹脂，由兩種獨(dú)立成分構(gòu)成，使用時(shí)按照1:1 的體積比混合。其特點(diǎn)：反應(yīng)迅速（混合后20 s 后始發(fā)泡），發(fā)泡倍數(shù)大（發(fā)泡倍數(shù)為25至30 倍），對水不敏感（無須與水接觸發(fā)泡），在巖石潮濕環(huán)境下不影響材料性能，具有阻燃性和抗靜電性，反應(yīng)溫度低（美固MP367 的反應(yīng)溫度大約為95 ℃）。

2.2 注漿設(shè)備

本次注漿設(shè)備主要包括氣動注漿泵和注射混合槍。把設(shè)備垂直放平，放在安全且不影響通行的位置，并視注漿孔的情況把設(shè)備盡量放在利于多孔注漿的位置；連接風(fēng)源，風(fēng)源連接前應(yīng)把風(fēng)管中的雜物沖掉，并保證隨設(shè)備的移動風(fēng)管亦應(yīng)移動方便，或者移動設(shè)備后能就近接入風(fēng)源；連接注漿管路，把兩根DN13 的高壓膠管分別連接到兩注漿缸體上，并用u 型卡固定牢靠；分別把兩個吸料管放入樹脂和催化劑的包裝桶，并在缸體上做好標(biāo)記，再次施工，原吸料管也應(yīng)同于上次的樹脂和催化劑的包裝桶；開動氣泵時(shí)兩種液體吸入缸體并從DN13 的高壓膠管中排出，持續(xù)開動氣泵幾分鐘，觀察注漿比例和吸料情況。氣動注漿泵主要的技術(shù)規(guī)格與技術(shù)要求包括混合比為1:1 或4:1，流量為8.4 L/min ，工作行程為120 mm，往復(fù)頻率為70 min-1，耗氣量為2 m3/min，額定壓力為12.5 MPa，最大出口壓力為21 MPa。雙液化學(xué)注漿系統(tǒng)設(shè)備布置圖如圖1，氣動注漿泵及其主要參數(shù)如圖2。

圖1 雙液化學(xué)注漿系統(tǒng)設(shè)備布置圖

圖2 氣動注漿泵及其主要參數(shù)

2.3 注漿方案

2108 工作面120 號架至138 號架之間受斷層影響，造成該段出現(xiàn)不同程度的漏頂現(xiàn)象，因此需要對該段支架前梁上部空間進(jìn)行填充處理，并對支架前梁斜上部冒落體進(jìn)行粘結(jié)處理。

注漿孔布置：在2108 工作面120～138 號架頂板下方0.3～0.5 m 左右與底板成25°角、孔間距3 m、注漿孔4 m 左右（前段3 m 為注射花管），支架前梁后1 m 左右成40°角、孔間距3 m、注漿孔6 m左右（前段3 m為注射花管）向工作面頂板加固注漿。

由于目前工作面125～132 號架支架前梁上部為破碎冒落體且局部存在空洞，因此對該破碎冒落體及空洞進(jìn)行粘結(jié)、填充處理。每兩架布置一個注漿孔，注漿孔最深2 m（前1 m 為注射花管）。工作面注漿布置平面圖和剖面圖如圖3。

圖3 工作面注漿布置平面圖和剖面圖

3 施工效果及效益分析

2108 工作面漏頂區(qū)注入5.2 t 美固MP367 材料，注漿改造期為10 d，通過注漿加固，頂板得到了有效控制，工作面得以順利推進(jìn)。與傳統(tǒng)人工排木垛、挑梁處理工作面冒頂?shù)姆椒ǎs25 d）相比，壓縮施工時(shí)間15 d，雖然直接材料成本有所提高，但工作面能提前半個月生產(chǎn)，當(dāng)月產(chǎn)量達(dá)到4.5 萬t，而且處理漏頂作業(yè)的安全性得到大幅提高，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3.1 效果分析

（1）穩(wěn)定性。美固MP367 注漿材料是一種新技術(shù)的推廣，它是由樹脂和催化劑基本成分組成，注入煤巖層幾秒鐘后，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)的聚亞膠脂產(chǎn)品開始膨脹，對圍巖松動圈裂隙進(jìn)行充填，對破碎松散體進(jìn)行粘結(jié)，使之成為一個整體，提高圍巖的穩(wěn)定性和抗壓能力。

（2）安全性。沒有使用注漿材料前，該漏頂區(qū)的頂板是破碎巖體，頂板、幫部煤體松軟，人工裝頂安全威脅大。注漿后，頂板的松散巖層粘連在一起，狀態(tài)良好，未發(fā)生二次漏頂及其他衍生事故，保證了施工作業(yè)現(xiàn)場的安全。

（3）時(shí)效性。沒有使用注漿材料前，由于頂板碎石較多，推溜拉架困難，支架無法向前推進(jìn)，共發(fā)生4 次工作面片幫事故，片幫范圍最長段12 架，嚴(yán)重影響了工作面的安全生產(chǎn)。注漿后，破碎煤巖體整體性形成后，工作面在出貨時(shí)頂板不再漏貨，為工作面生產(chǎn)快速恢復(fù)提供了強(qiáng)有力的保證。

3.2 效益分析

通過使用美固MP367 注漿材料前、后產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)分析：2108 工作面在注漿后產(chǎn)量較注漿前平均增加5 刀/d，即每天多出煤1500 t（300t/刀）；噸煤利潤按210 元計(jì)算，則每天凈增31.5 萬元；多產(chǎn)出效益315 萬元，工作面注入美固MP367 材料5.2 t，單價(jià)3.0 萬元/t，再加上注漿配件使用費(fèi)用等，需發(fā)生費(fèi)用20 萬元，實(shí)際多產(chǎn)出效益295 萬元，其經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 結(jié) 論

開采實(shí)踐表明，美固MP367 材料能夠及時(shí)粘結(jié)、加固松動破碎的煤巖層，注漿加固漏頂區(qū)、空洞區(qū)域時(shí)沒有發(fā)生大面積抽漏現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的頂板控制效果，實(shí)現(xiàn)了安全回采。與傳統(tǒng)人工排木垛、挑梁處理工作面冒頂?shù)姆椒ㄏ啾?，該方法壓縮施工時(shí)間15 d，注漿材料前、后產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)際多產(chǎn)出效益295 萬元，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益明顯。