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科技創新
應急管理部信息研究院研發的AJG水泥漿復合添加劑在亞美大寧動壓巷道圍巖加固應用成功
2020-11-06 16:53:37   來源: 應急管理部信息研究院

技術創新開啟“提質增效”新引擎

-應急管理部信息研究院研發的AJG水泥漿復合添加劑在亞美大寧動壓巷道圍巖加固應用成功

一、礦井概況

山西亞美大寧能源有限公司(以下簡稱大寧煤礦)華潤煤業(集團)有限公司。生產能力4.00Mt/a,井田面積38.8225平方公里,批準開采3號煤層,開采深度由+620m+360m標高,煤層平均可采厚度為4.45m,傾角小于10°,屬于近水平煤層,礦井采用斜井開拓方式,混合式通風。井田地質構造復雜程度為中等,水文地質類型為中等。煤層不易自燃,煤塵無爆炸危險性,屬煤與瓦斯突出礦井。煤層頂板為粉砂巖、泥巖或砂巖,底板為泥巖或粉砂巖。

大寧煤礦布置有1個綜采工作面、2個順槽連掘工作面、1個順槽綜掘工作面和2個大巷綜掘工作面。采用綜合采用機械化一次采全高長壁開采,全部垮落法管理頂板,長壁工作面采用后退式開采。

大寧煤礦現回采三〇六工作面。頂板偽頂為含炭泥巖,直接頂為粉砂巖細粒砂巖粉砂巖夾泥巖,老頂為細粒砂巖夾中粒砂巖。三0六綜采工作面東部為已回采的三0五工作面,西部為三0七工作面,南部為西區開拓大巷,北部為本礦北部邊界及宇昌煤業南部邊界。

二、項目背景

大寧煤礦綜采工作面順槽采用三巷布置,分別為01、02、03巷,順槽支護主要手段采用錨桿(索)+鋼筋梁+金屬網(塑料網)支護。但隨著西區開采深度的增加,在采動應力影響和其他因素條件下,單純的強力錨固已難以有效地保障巷道穩定,順巷道在回采過程中受動壓影,02、03巷經現漏頂、片幫和底鼓等動壓現象,重影響全生產。03巷則要服務下一工作面使用,因此采用補強支護進行加固支護,以都采擴幫、拉底、錨網索強支護和架設支護等方式進行巷道修復,這樣不大了工人勞動強度,增加了生產成本,降了生產效率,而在二次擾動作用下,穩定性比較差,極易出現冒頂。采用單一錨網索支護,其剛度較弱,難以控制變形,就會發生頂板變形冒落,直至造成巷道破壞,因此,如何控制頂板在二次采動影響下巷道圍巖的穩定一直是我礦頂板管理難題。

解決二次采動壓力下頂板管控,通過調研,計劃采用注漿工程技術進行工業試驗,注漿加固工程技術是通過施加一定的壓力將不同種類的漿液注入到煤巖體中,漿液注入到煤巖體中后,首先對煤巖體中的裂縫及裂隙進行充填,隨著注漿壓力的加大,漿液在煤巖體逐步進行滲透,并對煤巖體進行劈裂,將煤巖體中水分、空氣等進行驅趕,最終隨著漿液的凝固,使破碎的煤巖體形成一個完整的整體,煤巖體的物理力學性質及完整性得到改善和提高,達到了煤巖體的整體性、穩定性。通過注漿工程現場長期的實踐證明,針對破碎煤巖體的加固,注漿技術是一種方便、快捷、經濟、有效的方法。

水泥類漿液注漿一次灌漿不能保證質量、注漿周期過長等缺陷,為保證水泥類注漿材料具有稠漿粘度小、零收縮、微膨脹、固化強度高、漿液穩定性好以及合理的液態和塑態維持時間等有利性質。經調研,應急管理部信息研究院研發的復合添加劑加入到水泥類漿液中,能夠調整和改變水泥漿液的物理力學性質,明顯提高水泥類漿液圍巖加固截水堵漏、地質構造治理工程等效果。其漿液具有性能根據需要能可控調節、漿液流動性好、液態及終凝時間隨意調節、顯著保持水灰不分離的穩定狀態、漿液終凝后不析水、可以硬化成等體積的混凝土(零收縮)、漲縮量可小幅度任意調節、力學性能優良等優點。

三、工程試驗

2020327日完成注漿工程技術試驗項目立項,527日與應急管理部信息研究院完成合同簽訂后擬在綜采三〇六工作面機尾350307-09)順槽巷采用復合添加劑+水泥漿液進行注漿工程技術的工業試驗開始試驗。

1、注漿試驗方案

對試驗注漿段350307-09)巷道頂幫進行表層噴漿封閉,噴層厚度不小于100mm,混凝土標號C20,作用是對巷道煤巖裂隙進行全部封堵,防止漏漿,為后續的注漿工作奠定基礎。

3503巷頂板、兩幫施工注漿孔,孔深6m,鉆孔沿巷道斷面幫頂成排布置。頂板孔間距1750mm,每排布置3個;兩幫孔間距1500mm,兩幫每排各3個孔,注漿孔排距3000mm。預計總孔數約400個(見圖2

2:注漿加固孔布置示意

2、注漿效果

350307-09)注漿工業試驗共計施工336個孔(鉆孔進尺2016米),共計注漿量110.75噸、添加劑11.2噸。其中單個最大注漿量:水泥4.85、添加劑0.5,單個最小注漿量:水泥150Kg、添加劑10Kg;綜采推進此區域,兩幫位移量在130-508mm,頂板下沉量在215-400mm,底鼓量在371-700mm(見表1)。350307-09)巷道注漿后,效果明顯(注漿前后對比見圖3),巷道變形量在可控范圍內,確保了支護安全可靠,順利回采。


                 

                未注漿回采后的巷道                   注漿試驗后回采時巷道

注漿過程中暴露出許多問題,攪拌設備落后,水泥漿液符合添加劑攪拌困難,氣動注漿泵壓力不足以及封孔器加工操作程序繁雜影響施工進度。針對存在問題,我礦考察調研采購先進的電動注漿、攪拌設備,現已到礦投入使用,提高施工效率。

四、試驗結果

試驗證明,水泥+復合添加劑注漿加固技術是解決這一問題的有效手段,它不僅能將受采動壓力影響下裂隙發育的破碎巖體固結成為完整性較好的煤巖體,使頂幫位移處于可控范圍,可有效地防止片幫冒頂事故的發生,水泥+復合添加劑注漿加固技術對我礦的安全生產是十分必要的,可減少巷道重復修復次數,減輕工人勞動強度,降低生產成本,提高產效率。

此項技術現已在三〇六采面3#異常區及二〇四采面2403巷推廣應用。

技術負責人:15313205717


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