河南能源义煤义络煤业,河南 洛阳 471600
摘要:义络煤业煤层属于大倾角三软煤层,35030综采工作面回采期间受三软煤层复合软岩顶板影响,工作面出现大面积片漏,支架推移困难,对工作面生产和安全有很大的影响。运用“工作面浅孔 +两顺槽深孔”等超前支护的方法,对顶板进行改性加固,为确保工作面安全高效生产奠定坚实的基础。
关键词:大倾角;三软煤层;防片冒
引言:近几年,由于研究对象的装备、技术水平得到了很大的提升,以及国内对于顶板的安全管理制度不断加强,导致了国内顶板安全事故以及人员死亡的道理很好的缓解。然而,由于回取表面顶板岩层性质、矿压显著、支承压力等因素的影响,仍然不能防止顶板发生。所以加强其顶板的安全管理是极其重要的。
一、概况
义络煤业35030综采工作面为大倾角三软煤层。二1煤层:直接顶板以砂质泥岩为主,局部为泥岩,厚度1~5m;老顶大部以砂岩为主,局部与砂质泥岩互层,厚度35m左右,厚薄不均;二1煤层顶底板变化非常剧烈。一般情况下,顶板产状变化较底板为小;其次是伪顶发育极不规则,厚度0.1~1.5m不等,或厚层直接顶板完全缺失,煤层与老顶直接接触。根据以往岩石物理力学性质试验资料,二1煤层顶板大占砂岩单向抗压强度为73.38MPa,单向抗拉强度为1.5~1.95MPa。直接底板为中厚层状泥岩,厚度2~6m,厚度变化不大。伪底为炭质泥岩,厚度0.2~1.2m,性脆,易碎,遇水膨胀。根据其岩性组合特征,二1煤层工程地质类型属Ⅱ型顶/底板。
35030综采工作面煤层总厚0.3~11m,平均煤厚4.3m,煤层倾角在26°到42°之间,工作面切眼倾斜长107m,安装72架综采液压支架,其中6架过渡架型号为ZFG7200/21/30型,中间架66架型号为ZFQ6400/16/30型。
工作面回采期间,受三软煤层复合软岩顶板影响,工作面出现大面积片漏,支架推移困难,影响工作面生产。为加固顶板,保证工作安全高效生产,采用“工作面浅孔+两顺槽深孔”组合预注浆方式,对顶板进行改性加固。
二、施工方案
通过对顺槽及工作面顶板窥视,发现受工作面采动影响,顶板有明显的离层现象。为减少顶板离层,决定采用“工作面浅孔+两顺槽深孔”组合预注浆方式对巷道进行改性注浆。工作面回采期间,采用在面内浅孔注无机加固材料,在两顺槽提前对断层影响区域注浆无机加固材料加固,超前对破碎顶板进行改性治理。
工作表面上存在着片帮和冒顶部的支撑区域,使用浅孔注有机加固材料,能够尽快加固已破坏区域,使工作面能够尽快正常生产。
三、工作面浅孔注浆施工方法
3.1 工作面注浆孔布置
(1)工作面注无机加固材料在顶板冒落地点向上2-3台支架架间进行打眼,注浆孔布置在煤壁侧,距顶板不大于1m,角度35-45°,孔深13-15m,终孔进入老顶3-4m。
(2)工作面注有机加固材料在顶板冒落处支架架间进行打眼,注浆孔布置在煤壁侧,距顶板不大于2m,角度5-10°,孔深8-10m,终孔位置在顶板附近。
3.2 注浆孔施工
(1)在其打眼之前,要进行考察,看一看是否符合打眼的要求,当要求符合的时候,在确定周边环境安全的时候,就可以开始工作了。
(2)注浆锚杆略短于注浆孔深度1-2m,注浆锚杆不得触及孔底。
(3)封孔在最后两节钢管束结前方缠绕若干圈编织袋,缠绕后的编织袋直径略大于注浆孔孔径,然后用锚索机抵进孔内。
(4)封孔后必须对注浆枪头进行二次保护,防止注浆期间甩出伤人。
3.3 浆液配置
3.3.1无机加固材料
(1)采用硅酸盐水泥,配合水玻璃调节浆液凝固时间,采用双液注浆,注浆终压为4MPa。
(2)水泥浆和水玻璃与水的比例均为1:1。
(3)为了保证浆的有效性,可以根据现场浆实际情况,及时地调节浆液和水玻璃配比。
3.3.2 有机加固材料
(1)利用煤矿加固煤岩体,采用硅酸盐改性聚氨酯材料,采用气动双液注浆泵,并按体积比进行煤矿加固按照1:1配比,注浆压力控制在4-6MPa。
(2)注浆期间跑浆时,停止注浆60s后再注浆。
四、顺槽深孔注浆施工方法
根据区域治理先行的原则,在工作面深孔覆盖范围以外进行,根据断层发育情况对整个异常区进行覆盖式深孔注浆,采用顺槽深孔注浆(无机加固材料)的优点是可以沿着巷道布置钻孔,不受回采限制,提前对异常区域顶板进行注浆改性。
4.1顺槽注浆孔布置
根据断层发育情况,在回风顺槽帮部布置单排钻孔,开孔高度距离顶板越小越好,钻孔间距设计为5.0m,钻孔深度为80m和180m(间隔布置),孔径94mm。采用分段注浆,即将一个钻孔分两段注浆,前30m注浆一次,在进行二次注浆的时候,要继续套孔到达设计的高度的时候,才可以进行二次的注浆。
4.2注浆孔施工
注浆孔分次钻进成孔分为三个阶段进行。
(1)第一阶段:套管安装及固定
架好钻机调整好角度后,先使用Φ113mm钻头打3m钻孔后退出钻杆、钻头,插入套管后上法兰盘。
(2)第二阶段:分次钻进及注浆方式
在固定好套管之后再打开法兰盘,将Φ113mm钻头更换为正常94mm钻头,继续打钻30m,将钻杆及钻头用双液注浆泵用法兰盘进行浆口注浆,然后扫孔钻入设计。若发生破碎、注浆孔塌陷,则不能再继续钻进,亦再退钻注浆。
(3)第三阶段:钻进成孔、注浆
成孔后退出钻杆,全长下1寸铁管,形成顶板管棚结构,进行最终注浆。
4.3 浆液配置
(1)要将深孔注浆材料硅酸水泥顺着注浆深孔慢慢倒入,配合着水玻璃调节浆液凝固时间,要采用双液注浆,注浆终压为 10-15MPa。
(2)水泥浆和水玻璃与水的比例均为1:1。
五、注浆注意事项及质量要求
(1)浆液配置:要按照规定的水灰比例在其搅拌桶中加清水,混合搅拌均匀,通过管路在混合器与水玻璃浆液混合。
(2)漏浆处理在注浆期间,要及时发现漏浆状况,泄漏信道有锚索(杆)孔、大破碎裂隙、瓦斯抽放孔、注浆钻孔等,通常泄漏采用间歇注浆方式,可以解决单液体注浆或泄漏信道大时,可以使用人工塞棉纱或改注双液浆。
(3)清洗设备:注浆完工做好设备清洗工作,尤其要清理干净注浆泵中的残留浆液,以避免浆液堵塞到浆泵和管路中。
(4)注浆顺序:注浆的顺序是极其重要的,要先将每一排的注浆管进行逐个的排出管中的注浆,再进行初次的注入,其次之后才可以进行第二次的注入。进行两次的注入才可以更好的达到需要的注浆效果。
(5)进行多次循环注浆;在进行第一次注浆时发生了单液注浆漏浆的情况下,要运用多个转孔进行循环式注浆,来增加转孔注浆量。
(6)因为每一个注浆孔的注到压力都必须要达到设计好的压力值,所以注浆孔必须要严格按照注浆方案要求来进行施工,
(7)显得尤为重要的浆液必须要进行充分的搅拌,将其搅拌均匀,不能有沉淀。其浆液的配方也是要严格把控的,水灰比、浆液配比以及注浆要达到的压力值都必须要符合国家的规定。
六、结论
(1)111307工作面采用工作面浅孔预注浆(无机加固材料)方式,对顶板进行改性治理,有效的减少了工作面的采动影响,顶板下沉量明显减少。
(2)111307工作面采用两顺槽深孔预注浆(无机加固材料)方式,对断层等异常区域预加固,在一定程度上改善了该区域的顶板条件,对改善工作面顶板后回采顶板管理起到了积极作用。
(3)对工作面顶板冒落处注有机加固材料,尽快加固已破坏区域,使工作面能够尽快正常生产,有效减少了顶板的暴露时间,降低了顶板累计下沉量。
(4)111307工作面采用“工作面浅孔+两顺槽深孔”组合预注浆对顶板进行加固,有效的控制了顶板的片漏,对深井超大工作面破碎顶板治理有一定的借鉴意义。
参考文献:
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作者简介:刘志恒(1971年---)男,河南驻马店人,助理工程师,现在河南能源义煤公司义络煤业预备队队长,邮编:471600