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煤巖固化防突技術(shù)在松河礦石門(mén)揭煤中的應(yīng)用

文檔作者：李青松韓真理馬曙文檔來(lái)源： 1．貴州省礦山安全科學(xué)研究院 2．貴州省煤礦設(shè)計(jì)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年08月31日
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2010年第7期 煤炭工程
煤巖固化防突技術(shù)在松河礦
石門(mén)揭煤中的應(yīng)用
李青松 ，韓真理 ，馬 曙
(1．貴州省礦山安全科學(xué)研究院，貴州貴陽(yáng)550025；2．貴州省煤礦設(shè)計(jì)研究院，貴州貴陽(yáng)550025)
摘要：針對(duì)常規(guī)防突措施的不足，采用煤體注漿固化的方法來(lái)提高石門(mén)揭煤處煤體強(qiáng)度和
增強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性，從而降低煤層中初始釋放瓦斯膨脹能來(lái)防止煤與瓦斯突出。煤巖固化方法的
防突機(jī)理主要是改變了煤巖體物理結(jié)構(gòu)性質(zhì)，尤其是在石門(mén)揭煤過(guò)程中，為石門(mén)揭煤過(guò)程整個(gè)工
序提供了可靠的安全保障，可以實(shí)現(xiàn)安全快速揭煤。
關(guān)鍵詞：石門(mén)揭煤；煤巖固化；防突措施
中圖分類號(hào)：TD713 ．3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671—0959(2010)07~031I()3
石門(mén)揭煤發(fā)生突出的特點(diǎn)是強(qiáng)度大、涌出的瓦斯量大，
對(duì)井下的破壞作用大，危害嚴(yán)重? 。煤與瓦斯突出是煤體
結(jié)構(gòu)、煤層所含瓦斯、地應(yīng)力等因素綜合作用的結(jié)果。煤
體自身松散、破碎的結(jié)構(gòu)和大量帶壓瓦斯，是導(dǎo)致突出的
主要因 。在石門(mén)揭煤條件下，煤層中軟分層厚度是一
個(gè)重要的決定煤層突出危險(xiǎn)性的因素。頂?shù)装鍘r石硬，意
味著這些巖石強(qiáng)度較高，破壞時(shí)又會(huì)突然垮落，失去承載
能力。當(dāng)巷道穿越石門(mén)時(shí)，巖石內(nèi)的破裂帶較小，如果煤層
護(hù)，支護(hù)參數(shù)不變。再次用單體支護(hù)從機(jī)頭推移前部輸送
機(jī)，采煤機(jī)斜切進(jìn)刀割煤，割煤20m后停機(jī)。此時(shí)機(jī)頭段已
經(jīng)形成6m的調(diào)架三角形斷面，使用絞車和單體支柱進(jìn)行調(diào)
架安裝作業(yè)，把沿切眼傾斜方向安裝的液壓支架調(diào)架到位，
調(diào)架后將支架升起支撐頂板，并及時(shí)沿切眼方向補(bǔ)充液壓支
架支護(hù)準(zhǔn)備擴(kuò)幫段切眼頂板。然后第三次重復(fù)以上進(jìn)刀方
式，使切眼機(jī)頭斷面達(dá)到6．6～6．7m，安裝前梁缸鉸接銷升
起前梁支護(hù)頂板。當(dāng)擴(kuò)幫斷面滿足不了支架調(diào)架安裝要求
時(shí)，繼續(xù)用上述方法向機(jī)尾推移前部刮板輸送機(jī)，采煤機(jī)中
部斜切進(jìn)刀往返割煤，使切眼斷面滿足液壓支架安裝尺寸繼
續(xù)安裝支架。如圖3所示。以此類推，直到切眼液壓支架安
裝全部結(jié)束。當(dāng)采煤機(jī)在構(gòu)造煤段擴(kuò)幫前，提前采取局部注
馬麗散化學(xué)漿使碎粒狀構(gòu)造煤結(jié)成整體，提高煤體完整性。
膠
圖3 逐段擴(kuò)幫安裝示意圖
4 結(jié)語(yǔ)
1)在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造或礦壓大的條件下，傳統(tǒng)的綜采切
眼安裝工藝，切眼成形斷面大，容易造成地鼓、片幫，頂板
離層甚至冒頂?shù)炔焕蛩?。采用液壓支架支護(hù)與采煤機(jī)進(jìn)行
二次分段擴(kuò)幫的安裝工藝，實(shí)現(xiàn)了小斷面條件下綜采支架的
安裝，有效的維護(hù)了頂板。支護(hù)強(qiáng)度大，安全系數(shù)高。
2)新安裝工藝改善了復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件下綜放工作面
安裝的適應(yīng)能力，安裝時(shí)間短、節(jié)約工效、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、
減少材料消耗等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中十分有效。
3)此安裝工藝使工作面安裝完后，設(shè)備運(yùn)行就已調(diào)試
成功，不需要進(jìn)行調(diào)試試生產(chǎn)就可以滿負(fù)荷出煤。
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(責(zé)任編輯章新敏)
收稿日期：2010—02—02
基金項(xiàng)目：貴州省科技廳重大專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目(黔科合重大專項(xiàng)字[2008]6012)
作者簡(jiǎn)介：李青松(1981一)，男，安徽安慶人，現(xiàn)就職于貴州省礦山安全科學(xué)研究院，主要從事瓦斯災(zāi)害預(yù)測(cè)及防治
方向研究、安全技術(shù)和煤礦科研與咨詢等方面的工作。
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煤炭工程 2010年第7期
的強(qiáng)度較低，煤體內(nèi)的破裂帶較大，則在煤巖交界處存在
著一個(gè)破裂范圍由小到大過(guò)渡階段。在破裂線以外，地應(yīng)
力較大，煤體中的瓦斯不易泄露，能夠維持較高的瓦斯壓
力，具有突出危險(xiǎn)性。
從根本上消除由于煤體物理力學(xué)結(jié)構(gòu)造成的突出可能
性，需采用煤巖固化方法提高煤體強(qiáng)度，使得煤體強(qiáng)度處
于主導(dǎo)地位，就可以有效地防止煤與瓦斯突出，實(shí)現(xiàn)安全
生產(chǎn) 。
1 煤巖固化防突機(jī)理及注漿固化施工工藝
1．1 煤巖固化防突機(jī)理
所謂固化防突，就是向松軟煤體中壓注適應(yīng)煤層特性
的固化液，使其在一定的壓力下，滲透于煤體的裂隙和孔
隙之中，使煤的內(nèi)表面形成粘合膠結(jié)，改變煤的不均質(zhì)性，
提高煤體強(qiáng)度和自身承載能力，增加煤與瓦斯突出時(shí)的阻
力。同時(shí)封閉和凝固固化范圍內(nèi)的瓦斯，減緩或阻止壓縮
的瓦斯勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，而使瓦斯?jié)撃茆g化，從而達(dá)到防
突的目的 J。
1．2 注漿固化施工工藝
注漿材料為美固364，該產(chǎn)品適用于穩(wěn)定煤層和巖層、·
固化破碎煤層、巖層及采煤工作面。其滲透性極強(qiáng)，可滲
透到0．14ram以上寬度的縫隙，在對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和韌性要求
較高的條件下具有超快速反應(yīng)特性。注漿設(shè)備選擇ZBQS一
12／10煤礦用氣動(dòng)雙液注漿泵 J。施工工藝可分為鉆孔、
封孔、壓注三個(gè)工序。
施工工藝：標(biāo)孔一鉆孔一檢查鉆孔質(zhì)量一安裝注漿管
及封孔部件一封孔一準(zhǔn)備漿液一開(kāi)泵注漿一凝固一檢查注
漿質(zhì)量一驗(yàn)收。
2 實(shí)例分析
2．1 注漿鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)
注漿鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
表1 鉆孔設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)
設(shè)計(jì)時(shí)沿巷道周邊垂距10．4m范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固；
在煤層中實(shí)際沿巷道周邊保護(hù)帶范圍，巷道沿迎頭方向上
下各800ram、巷道沿兩幫方向在煤層頂板處左右5400mm。
注漿孔漿液擴(kuò)散半徑為1．5m。松河礦井過(guò)12號(hào)煤層煤巖
體固化范圍如圖1所示。
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圖1 巖體固化范圍示意圖(mm)
2．2 注漿加固效果檢驗(yàn)
1)注漿前后煤體堅(jiān)固性系數(shù)變化
在1580軌道石門(mén)12號(hào)煤層注漿后取樣實(shí)測(cè)煤體堅(jiān)固
性系數(shù)為8，大于0．5；瓦斯放散初速度為0．6，小于10，
固化后的指標(biāo)值均在《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》規(guī)定的臨
界值以下，可視為無(wú)突出危險(xiǎn)，固化防突效果非常明顯，
可以保證安全揭煤。
2)注漿前后煤(巖)力學(xué)性能分析
實(shí)驗(yàn)人員在注漿前后分別取了17、18號(hào)煤層的頂?shù)?
板、煤樣在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了巖性注漿試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
從表中可以得知，不管是煤層的頂板還是底板以及煤樣在
進(jìn)行注漿后，煤體的物理力學(xué)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了很大的變化，
堅(jiān)固性得以很大的提高，能夠?qū)⒖箟簭?qiáng)度最大提升到加固
前的3．5倍。
表2 注漿前后圍巖力學(xué)性能對(duì)照表
注漿前煤(巖)體力學(xué)性能 注漿后煤(巖)加固體的力學(xué)性能
抗壓強(qiáng)度／MPa 抗壓強(qiáng)度／MPa
3)注漿前后巷道圍巖松動(dòng)圈測(cè)試分析
注漿前后圍巖松動(dòng)圈測(cè)試對(duì)照見(jiàn)表3。用頂板巖層鉆孔
觀測(cè)儀對(duì)圍巖進(jìn)行松動(dòng)圈觀測(cè)，取1580軌道石門(mén)作為觀測(cè)
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考察巷道，分析結(jié)果如圖2所示。
表3 1580軌道石門(mén)注漿前后圍巖松動(dòng)圈測(cè)試對(duì)照表
注漿前巷道圍巖松動(dòng) 注漿后巷道圍巖松動(dòng)
圈測(cè)試結(jié)果／mm 圈測(cè)試結(jié)果／1Tlln
通過(guò)固化前后松動(dòng)圈數(shù)據(jù)比較，可以看出注漿效果良
好。另外，軌道石門(mén)距交叉點(diǎn)575m滯后迎頭20m處測(cè)試，
該處無(wú)松動(dòng)圈，說(shuō)明該處注漿效果良好，回風(fēng)石門(mén)應(yīng)用煤
體注漿加固技術(shù)同樣得到很好的效果。
I．81_71．61．51．41_31-2I．1 1 0．90．80．70．6050．4 0．3
孔深／m
4)注漿前后巷道兩幫、頂板移近量分析
通過(guò)設(shè)置觀察點(diǎn)，測(cè)定巷道頂?shù)装遄兓闆r。根據(jù)頂
板巖層鉆孔觀測(cè)儀對(duì)注射深度觀測(cè)，礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)、移近
曲線及試驗(yàn)井巷實(shí)際情況綜合分析，得出結(jié)論：注漿加固
段巷道兩幫、頂板移近率明顯低于未注漿參照段，觀測(cè)期
間注漿加固段觀測(cè)站兩幫最大移近量6mm，平均移近量
3mm，參照段觀測(cè)站兩幫最大移近量13mm，平均移近量
8mm。注漿加固段觀測(cè)站頂板最大移近量3mm，平均移近
量2mm，參照段觀測(cè)站頂板最大移近量6mm，平均移近
量5mm。因此，美固364注漿加固產(chǎn)品其膠結(jié)固化性能
良好。
70
60
50
40
30
20
10
O
1．9 1 7 1 5 1 3 1 l 0 9 0 7 0．5
孔深／『11
圖2 1580軌道石門(mén)550m 處左側(cè)測(cè)子L注漿加固前后圍巖松動(dòng)探測(cè)對(duì)照?qǐng)D
5)注漿加固后探測(cè)孔觀察情況
為探測(cè)巷道圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育等結(jié)構(gòu)面分布和變化狀
況及漿液滲透情況，采用Fs75型光導(dǎo)纖維鉆孔窺視儀進(jìn)行
觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果如圖3所示。
圖3 距巷道孔口4．22m處滲出漿液
從圖可以看出，針對(duì)松河礦井1580軌道石門(mén)和同一地
質(zhì)構(gòu)造的注漿滲透情況效果明顯，在有裂隙發(fā)育的地方都
能很好的得到滲透。與該巷道相同地質(zhì)單元注漿孔深可設(shè)
計(jì)3～5m為宜。
3 結(jié)論
1)煤巖體固化的方法可以加固煤體，提高煤體強(qiáng)度；
同時(shí)可以改變圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，
封閉裂隙阻止水對(duì)巖體侵蝕，使巖體強(qiáng)度顯著提高。從而
降低煤層中初始釋放瓦斯膨脹能來(lái)防止煤與瓦斯突出。
2)煤巖固化防突措施具有工藝簡(jiǎn)單，適用性廣，防突
周期短的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在石門(mén)揭煤過(guò)程中，為石門(mén)揭煤整
個(gè)工序提供了可靠的安全保障，可以實(shí)現(xiàn)安全、快速揭煤。
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