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[摘要]分析研究了马丽散加固机理,针对益新煤矿极软煤质顶板采用注马丽散技术,对巷道进行超前加固,取得了明显的效果,为工程的按期完工奠定了基础。
[关键词]马丽散;加固;极软煤质顶板;
中图分类号:TU472 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0197-02
1 工程概况
益新煤矿二采区433队施工三水平北二石门15#层右一段回风川,执行+4‰坡度施工5米,按+20°施工上山135米,预计上山施工32米揭15#煤。
巷道断面:
光爆:净宽3.8米,净高2.6米,拱高1.5米,S毛=11.2.米2,S净=10米2;U型铁棚:铁棚规格:净宽4.194米,净高2.6米,S毛=13.0米2,S净=10米2。
由于15#层煤煤质极其松软,容易造成大面积抽顶,使施工无法向前进行,因此在上山施工17米时(揭煤前15米),执行超前探眼前进,探眼个数2个,探眼位置在场子头的中心线的顶部及中部各一个,首先打(1号)底部眼,然后打(2号)中部眼。探眼的方位及角度:探眼方向与巷道方向相同,1号探眼与巷道顶板呈-15°仰角;2号眼打在巷道中心线的中心位置上。探眼深度为3.0米,循环进度1.0M,每循环打一次超前探眼。探眼见煤则采用注马丽散技术对巷道进行加固。
2 马丽散加固机理
马丽散加固技术是最新的高科技产品,它是由树脂和催化剂两种成分组成的高分子聚亚胺树脂产品,是一种具有国际先进水平的新型高分子聚合產品。该产品粘合力强, 混合后两种材料反应发泡生成多元网状致密弹性体,而且具有高度的赫合力和很好的机械性能,注入地层后,低粘度混合物保持液体状态几秒钟,在强大的注射压力下能很快地充分渗透到细小的裂隙中膨胀凝固,从而有效地加固和密封围岩,提高煤岩体整体强度。很短时间内其戮合力达到1MPa,3一4h后抗压强度大于25MPa。在遇水(掺水)后产生关联反应,发生膨胀,在膨胀力作用下产生二次渗压(膨胀倍数20一25倍),高压推力和二次渗压将马丽散压入并充满所有裂隙,抗压强度15-25MPa。马丽散其粘合力和机械性能极好,易与松散煤体产生高度粘合,低粘度混合物保持液体状态渗透到细小的裂缝,数秒钟膨胀,从而有效地加固和密封处理区域,提高了松散煤体的整体性和受力性能。其特点是:
(1)粘度低能很好地渗入细小的裂缝中;
(2)极好的粘合能力,易与煤(岩)体粘合,又能增加煤(岩)体的机械性能;
(3)提高煤(岩)体的机械阻力和支撑力。
3 马丽散注浆加固设计
3.1 布孔参数
在煤柱上从顶板向下0.3 m 布置一排孔1#孔,孔仰角5一10°,孔深6 m, 根据煤质的松软程度可以适当增加注马丽散的个数。
3.2 马丽散树脂与催化剂配比
体积比1:1,重量比1:1.17
3.3 注浆机具与注浆压力
使用罗克休多功能风动注浆泵,风压4~7MPa,双液注浆系统。注浆压力5 MPa。
3.4 施工机具及材料
马丽散树脂和催化剂,混合注射枪,两根高压软管,一台注浆泵,钻杆直径为42 mm自封油封,33mm的风管若干米,棉纱若干。
3.5 施工工艺
工艺流程 :打眼→下注浆管→用高压管连接注射枪和注浆泵→将两根吸管分别插人马丽散树脂和催化剂桶内→开泵注浆→注浆压力5MPa→冲洗机具→停泵拆卸注射枪。
打眼采用风动凿岩机,孔直径为42mm,注浆管2米长4分管。
注浆顺序:从最左侧孔开始注浆,由左向右依次注射。每孔注浆量根据注浆压力确定,施工时必须严格控制注浆压力。当注浆压力达到5MPa或大量漏浆,注入量等于漏浆量时,必须换孔或停止注浆。若多功能泵出现故障时,要在原孔附近重新打眼注浆。注浆过程中出现漏浆时,采用间歇式注浆。
在有关技术人员的指导下组装好气泵及附件,然后将两根吸管分别插入到马丽散树脂桶和催化剂桶中。打开气泵开关,活塞在气马达作用下运动,压力使原料经过活塞进人输送管到注射枪,到达自锁油封处停止,马达不断加压,到达5 MPa时,自锁油封张开,混合液通过注射到煤层,油封张开堵塞住油封与孔壁间隙起到封口作用。混合液在强大的压力作用下渗透到煤壁中并很快凝固成固体,从而完成了煤体加固。
3.6 单孔注浆结束标准
1)达到设计注浆压力,并稳压1min以上;
2)虽未达到注浆压力,但从其它孔窜浆;
3)注浆过程中发现异常情况及时停泵处理。
3.7 施工中注意事项
1)马丽散药剂具有腐蚀性,所有施工人员戴防护镜和乳胶手套。
2)每一孔注射结束后,应立即将两根吸管插入油水混合液中清洗泵体、管路及注射枪。
3)注射过程中如压力达到5M Pa仍继续上升则立即停泵,检查注射枪是否堵塞。
4)注射过程中两侧人员准备好棉纱,一旦混合液渗出,立即堵塞。
5)注浆施工必须由左向右依次进行,第一个孔未注完不许注下一个孔。
6)注浆的孔口用棉纱进行封堵,防止瓦斯外泄。
7)打注浆孔时出现瓦斯异常等情况时,及时用黄泥堵孔口。
4 注马丽散的操作步骤
(1)打注浆眼,利用风动凿岩机,与顶板小于10°的夹角向上打眼,打入顶板6m后,移动锚杆钻机。准备下注浆钢管;
(2)向已打好的眼内下设注浆钢管,每根钢管长2米,装入后安装一个封孔器,起到封堵眼口和逆止阀的作用,以防注入的马丽散因封闭不严而溢出,造成漏液。紧接着用高压胶管连接好注射枪和注浆泵,然后将连接泵的两根吸管分别插入装有马丽散树脂和催化剂的桶内,做好注浆准备;
(3)注马丽散。开启注浆泵,将马丽散不断注入煤体中,直至注满,再依次转入下个孔内注浆;
(4)将所有需要区域全部注完后,冲洗泵及管路、停泵、拆下注射枪。
5 马丽散加固的优点
(1)操作简单。与传统的注浆方法相比,该方法易于操作,便于掌握,不需要专门培训即可实施,材料设备简单,易搬运,劳动强度低;
(2)安全可靠。由于设备简单,施工中易于观察,一旦发现故障便于处理;
(3)加固效果明显。注浆后,原来比较破碎的顶板很快彼此粘合,上覆岩层的整体性提高,杜绝了漏顶事故的发生,为打锚索固定槽钢,回撤工字钢棚、腿及点柱等施工提供了安全保证;
(4)快速固结。马丽散及催化剂液体在注入煤(岩)体后1.5~3h后固结,保证了正常的打锚索工序等施工,提高了工作效率;
6 技术经济及社会效益
对金属U型棚和注马丽散联合支护段巷道,与金属U型棚单一支护段巷道的对比观测,采用注马丽散加固支护,取得了显著的技术经济和社会效益。
6.1 新颖性
这种加固顶板方法新颖。过去加固顶板一般采用的是机械方法或者物理方法,如架棚挑棚、打锚杆锚索,注水泥浆。注马丽散是一种新颖的化学加固方法,它是由树脂和催化剂两种基本成分,入煤岩层几秒钟后,经过化学反应生成的聚亚胶脂产品,开始膨胀,对围岩松动圈裂隙进行充填,对破碎松散体进行粘结,使之成为整体,提高了围岩的稳定性的抗压承载能力。
6.2 安全性
未注马丽散前,该断层面的顶板是破碎的煤岩体,掉顶严重,人工装顶安全威胁大,注马丽散后,顶板状态良好,未发生冒顶现象,保证了作业安全可靠性。
6.3 快速性
未注马丽散前,由于掉顶严重,每天进尺不到1.6M,注马丽散结束2小时后,开始掘进,日进尺达到3.2M以上,保证了工作面的正常快速推进。
7 结论
通过实践证明,注马丽散是一种新型的用化学方法加固顶板技术,能有效改变围岩松散结构及机械性能,增强围岩的整体强度,杜绝零打碎敲的顶板事故,无论从安全效果,还是从经济效益看,都比较优越于其它加固破碎顶板方法,特别在沿断层施工、异常破碎带等围岩状态极差的环境下应用,效果更加明显。
参考文献
[1] 陈炎光,陆士良主编.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994年.
[2] 何满潮,孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[M].北京:科学出版社,2004年.
[3] 郝桂明,王玉新,王建伟.软岩及破碎带巷道整体支护研究与实践[J].山东煤炭科技,2005年.
[关键词]马丽散;加固;极软煤质顶板;
中图分类号:TU472 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0197-02
1 工程概况
益新煤矿二采区433队施工三水平北二石门15#层右一段回风川,执行+4‰坡度施工5米,按+20°施工上山135米,预计上山施工32米揭15#煤。
巷道断面:
光爆:净宽3.8米,净高2.6米,拱高1.5米,S毛=11.2.米2,S净=10米2;U型铁棚:铁棚规格:净宽4.194米,净高2.6米,S毛=13.0米2,S净=10米2。
由于15#层煤煤质极其松软,容易造成大面积抽顶,使施工无法向前进行,因此在上山施工17米时(揭煤前15米),执行超前探眼前进,探眼个数2个,探眼位置在场子头的中心线的顶部及中部各一个,首先打(1号)底部眼,然后打(2号)中部眼。探眼的方位及角度:探眼方向与巷道方向相同,1号探眼与巷道顶板呈-15°仰角;2号眼打在巷道中心线的中心位置上。探眼深度为3.0米,循环进度1.0M,每循环打一次超前探眼。探眼见煤则采用注马丽散技术对巷道进行加固。
2 马丽散加固机理
马丽散加固技术是最新的高科技产品,它是由树脂和催化剂两种成分组成的高分子聚亚胺树脂产品,是一种具有国际先进水平的新型高分子聚合產品。该产品粘合力强, 混合后两种材料反应发泡生成多元网状致密弹性体,而且具有高度的赫合力和很好的机械性能,注入地层后,低粘度混合物保持液体状态几秒钟,在强大的注射压力下能很快地充分渗透到细小的裂隙中膨胀凝固,从而有效地加固和密封围岩,提高煤岩体整体强度。很短时间内其戮合力达到1MPa,3一4h后抗压强度大于25MPa。在遇水(掺水)后产生关联反应,发生膨胀,在膨胀力作用下产生二次渗压(膨胀倍数20一25倍),高压推力和二次渗压将马丽散压入并充满所有裂隙,抗压强度15-25MPa。马丽散其粘合力和机械性能极好,易与松散煤体产生高度粘合,低粘度混合物保持液体状态渗透到细小的裂缝,数秒钟膨胀,从而有效地加固和密封处理区域,提高了松散煤体的整体性和受力性能。其特点是:
(1)粘度低能很好地渗入细小的裂缝中;
(2)极好的粘合能力,易与煤(岩)体粘合,又能增加煤(岩)体的机械性能;
(3)提高煤(岩)体的机械阻力和支撑力。
3 马丽散注浆加固设计
3.1 布孔参数
在煤柱上从顶板向下0.3 m 布置一排孔1#孔,孔仰角5一10°,孔深6 m, 根据煤质的松软程度可以适当增加注马丽散的个数。
3.2 马丽散树脂与催化剂配比
体积比1:1,重量比1:1.17
3.3 注浆机具与注浆压力
使用罗克休多功能风动注浆泵,风压4~7MPa,双液注浆系统。注浆压力5 MPa。
3.4 施工机具及材料
马丽散树脂和催化剂,混合注射枪,两根高压软管,一台注浆泵,钻杆直径为42 mm自封油封,33mm的风管若干米,棉纱若干。
3.5 施工工艺
工艺流程 :打眼→下注浆管→用高压管连接注射枪和注浆泵→将两根吸管分别插人马丽散树脂和催化剂桶内→开泵注浆→注浆压力5MPa→冲洗机具→停泵拆卸注射枪。
打眼采用风动凿岩机,孔直径为42mm,注浆管2米长4分管。
注浆顺序:从最左侧孔开始注浆,由左向右依次注射。每孔注浆量根据注浆压力确定,施工时必须严格控制注浆压力。当注浆压力达到5MPa或大量漏浆,注入量等于漏浆量时,必须换孔或停止注浆。若多功能泵出现故障时,要在原孔附近重新打眼注浆。注浆过程中出现漏浆时,采用间歇式注浆。
在有关技术人员的指导下组装好气泵及附件,然后将两根吸管分别插入到马丽散树脂桶和催化剂桶中。打开气泵开关,活塞在气马达作用下运动,压力使原料经过活塞进人输送管到注射枪,到达自锁油封处停止,马达不断加压,到达5 MPa时,自锁油封张开,混合液通过注射到煤层,油封张开堵塞住油封与孔壁间隙起到封口作用。混合液在强大的压力作用下渗透到煤壁中并很快凝固成固体,从而完成了煤体加固。
3.6 单孔注浆结束标准
1)达到设计注浆压力,并稳压1min以上;
2)虽未达到注浆压力,但从其它孔窜浆;
3)注浆过程中发现异常情况及时停泵处理。
3.7 施工中注意事项
1)马丽散药剂具有腐蚀性,所有施工人员戴防护镜和乳胶手套。
2)每一孔注射结束后,应立即将两根吸管插入油水混合液中清洗泵体、管路及注射枪。
3)注射过程中如压力达到5M Pa仍继续上升则立即停泵,检查注射枪是否堵塞。
4)注射过程中两侧人员准备好棉纱,一旦混合液渗出,立即堵塞。
5)注浆施工必须由左向右依次进行,第一个孔未注完不许注下一个孔。
6)注浆的孔口用棉纱进行封堵,防止瓦斯外泄。
7)打注浆孔时出现瓦斯异常等情况时,及时用黄泥堵孔口。
4 注马丽散的操作步骤
(1)打注浆眼,利用风动凿岩机,与顶板小于10°的夹角向上打眼,打入顶板6m后,移动锚杆钻机。准备下注浆钢管;
(2)向已打好的眼内下设注浆钢管,每根钢管长2米,装入后安装一个封孔器,起到封堵眼口和逆止阀的作用,以防注入的马丽散因封闭不严而溢出,造成漏液。紧接着用高压胶管连接好注射枪和注浆泵,然后将连接泵的两根吸管分别插入装有马丽散树脂和催化剂的桶内,做好注浆准备;
(3)注马丽散。开启注浆泵,将马丽散不断注入煤体中,直至注满,再依次转入下个孔内注浆;
(4)将所有需要区域全部注完后,冲洗泵及管路、停泵、拆下注射枪。
5 马丽散加固的优点
(1)操作简单。与传统的注浆方法相比,该方法易于操作,便于掌握,不需要专门培训即可实施,材料设备简单,易搬运,劳动强度低;
(2)安全可靠。由于设备简单,施工中易于观察,一旦发现故障便于处理;
(3)加固效果明显。注浆后,原来比较破碎的顶板很快彼此粘合,上覆岩层的整体性提高,杜绝了漏顶事故的发生,为打锚索固定槽钢,回撤工字钢棚、腿及点柱等施工提供了安全保证;
(4)快速固结。马丽散及催化剂液体在注入煤(岩)体后1.5~3h后固结,保证了正常的打锚索工序等施工,提高了工作效率;
6 技术经济及社会效益
对金属U型棚和注马丽散联合支护段巷道,与金属U型棚单一支护段巷道的对比观测,采用注马丽散加固支护,取得了显著的技术经济和社会效益。
6.1 新颖性
这种加固顶板方法新颖。过去加固顶板一般采用的是机械方法或者物理方法,如架棚挑棚、打锚杆锚索,注水泥浆。注马丽散是一种新颖的化学加固方法,它是由树脂和催化剂两种基本成分,入煤岩层几秒钟后,经过化学反应生成的聚亚胶脂产品,开始膨胀,对围岩松动圈裂隙进行充填,对破碎松散体进行粘结,使之成为整体,提高了围岩的稳定性的抗压承载能力。
6.2 安全性
未注马丽散前,该断层面的顶板是破碎的煤岩体,掉顶严重,人工装顶安全威胁大,注马丽散后,顶板状态良好,未发生冒顶现象,保证了作业安全可靠性。
6.3 快速性
未注马丽散前,由于掉顶严重,每天进尺不到1.6M,注马丽散结束2小时后,开始掘进,日进尺达到3.2M以上,保证了工作面的正常快速推进。
7 结论
通过实践证明,注马丽散是一种新型的用化学方法加固顶板技术,能有效改变围岩松散结构及机械性能,增强围岩的整体强度,杜绝零打碎敲的顶板事故,无论从安全效果,还是从经济效益看,都比较优越于其它加固破碎顶板方法,特别在沿断层施工、异常破碎带等围岩状态极差的环境下应用,效果更加明显。
参考文献
[1] 陈炎光,陆士良主编.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994年.
[2] 何满潮,孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南[M].北京:科学出版社,2004年.
[3] 郝桂明,王玉新,王建伟.软岩及破碎带巷道整体支护研究与实践[J].山东煤炭科技,2005年.