3.2　注漿加固施工

　　由于井田13-1煤為突出危險(xiǎn)煤層,出煤斜巷揭開13-1煤層時(shí)需采取防突措施,本次實(shí)驗(yàn)擬采用煤體注漿加固防突技術(shù)。巷道掘進(jìn)至距13-1煤層底板法線4m時(shí),施工注漿鉆孔,壓注波雷因漿液對有突出危險(xiǎn)的煤層進(jìn)行加固。

　　3.2.1　注漿鉆孔設(shè)計(jì)

　　沿巷道周邊垂距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)帶范圍沿巷道傾斜方向上下各8.2m、巷道沿走向方向在煤層頂板處左右各5.4m。出煤斜巷掘進(jìn)至煤層法距4m時(shí),在迎頭打注漿孔,液擴(kuò)散半徑設(shè)計(jì)為1500mm,實(shí)際布置鉆孔40個(gè),鉆孔總長度652.93m,其中煤層段注漿段長度241.23m。注漿鉆孔布置總體設(shè)計(jì)如表1所示。煤層底板鉆孔布置如圖1所示。

　　表1　鉆孔總體設(shè)計(jì)參數(shù)表

　　煤層厚度/m煤層傾角/(°)最小法距/m注漿半徑/m鉆孔行間距/m鉆孔列間距/m

　　　4　　　　　14　　　　　　4　　　　1.50　　　　0.60　　　　0.30

　　3.2.2　注漿材料及設(shè)備選擇

　　選擇波雷因作為注漿材料,波雷因產(chǎn)品由A、B兩種液體組份組成,施工時(shí)按1∶1的比例充分混合后,其凝固時(shí)間可在幾秒至數(shù)分鐘內(nèi)可人為調(diào)節(jié),膨脹系數(shù)為2~5倍,最大抗壓強(qiáng)度為50MPa,注漿施工時(shí)漿液可產(chǎn)生二次滲透壓力,并能滲透至煤巖層深部微細(xì)裂隙內(nèi),可對煤體或破碎圍巖進(jìn)行有效加固。注漿設(shè)備選擇QB-12型高壓氣動雙液注漿泵,該泵以壓縮空氣作動力,氣控自動換向,注漿壓力可調(diào),最大注漿壓力可達(dá)30MPa。

　　3.2.3　注漿量計(jì)算

　　煤層注漿介質(zhì)可以視為孔隙滲流模型,可按有關(guān)滲透理論對注漿參數(shù)進(jìn)行計(jì)算[8]:w=knλβhπr2式中w———注漿量,103kg;r———漿液的擴(kuò)散半徑,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取r=1.5?10?煤礦安全(Total386)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)m;

　　k———漿液消耗系數(shù),一般取k=1.1~1.2;λ———漿液密度,對波雷因材料,取λ=1.18×103kg/m3;

　　β———漿液充填系數(shù),取β=0.75;h———注漿孔在煤層中的深度,平均取h=5m;

　　n———注漿介質(zhì)煤體的孔隙率,n=1.0%。將以上各參數(shù)的取值代入注漿參數(shù)計(jì)算公式,可得單孔注漿量w=375kg;共布設(shè)40個(gè)鉆孔,則總注漿量為15000kg。

　　3.3　注漿后突出危險(xiǎn)預(yù)測

　　完成注漿后,在打測壓孔的過程中,每米煤孔取一個(gè)煤樣,采用綜合指標(biāo)進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測,測定煤的堅(jiān)固性系數(shù)(f),將2個(gè)測壓孔所得的堅(jiān)固性系數(shù)最小值加以平均作為煤層軟分層的平均堅(jiān)固性系數(shù),最后將堅(jiān)固性系數(shù)最小的2個(gè)煤樣混合后,測定煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)。預(yù)測指標(biāo)不超限時(shí),才視為無突出危險(xiǎn)。并在采取執(zhí)行超前鉆孔探測措施才能進(jìn)行揭煤,每循環(huán)進(jìn)尺前在巷道迎頭頂部垂直煤層向上打2個(gè)深度為3.0m以上的超前鉆孔,使鉆孔超前距離始終不小于2.0m,以確保安全巖柱的長度。

　　3.4　試驗(yàn)結(jié)果

　　注漿后煤體堅(jiān)固性系數(shù)為5.5,瓦斯放散初速度為0.8,煤層鉆孔內(nèi)實(shí)測瓦斯壓力為0.04MPa。經(jīng)計(jì)算得D=1.54,K=0.15,可見兩預(yù)測指標(biāo)沒有超限,可視為無突出危險(xiǎn),可以保證安全揭煤。試驗(yàn)地點(diǎn)1521(3)下風(fēng)巷出煤斜巷只用20d時(shí)間即通過有突出危險(xiǎn)煤層,相比常規(guī)揭煤防突措施約提前6個(gè)月完工。

　　4　結(jié)　論

　　(1)石門揭開有瓦斯突出危險(xiǎn)的煤層時(shí),在煤巖交界面附近兩側(cè),巖石、煤體的力學(xué)性質(zhì)相差懸殊,這種差異空容易產(chǎn)生變形突變(應(yīng)力不連續(xù)),如果煤體松軟、強(qiáng)度低,不能有效抵抗這個(gè)高應(yīng)力的沖擊和高壓瓦斯膨脹作用,就有可能發(fā)生煤與瓦斯突出。注漿加固防突機(jī)理主要體現(xiàn)在增加煤體強(qiáng)度和煤巖交界面的整體性,減少巖石和煤體的差異性。

　　(2)在石門揭開有突出危險(xiǎn)煤層現(xiàn)場施工工程中,采用波雷因材料、風(fēng)動注漿泵及相應(yīng)注漿新工藝有效地防止了煤與瓦斯突出,整個(gè)防突工程只用15天即完成,相比常規(guī)揭煤防突措施約提前6個(gè)月完工,技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

　　(3)注漿加固防突新技術(shù)可克服常規(guī)防突方法的不足,在制定相應(yīng)安全技術(shù)措施的基礎(chǔ)上,可推廣應(yīng)用于石門揭煤防突,為石門揭開有瓦斯突出危險(xiǎn)煤層提供了一種新的防突手段。應(yīng)該指出,文中的注漿量計(jì)算對巖層裂隙的不均勻性未能充分考慮,也由于深孔注漿屬高壓注漿,注漿壓力勢必引起煤體內(nèi)的應(yīng)力撓動,因此本文采用的注漿量計(jì)算式還需根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)及工程實(shí)踐的不斷增加而逐漸加以完善。