0.概况

 

　　潘一煤矿是淮南矿业集团潘谢矿区第一对开发建设并建成投产的大型现代化矿井，1983年12月建成投产，设计生产能力3.0Mt/a，经过技术改造，2009年矿井核定生产能力为500万吨/年。

 

　　目前矿井共划分为两个水平开采，一水平标高-530m，采取保护层开采措施后，13-1煤层采至-630m（保护层11-2煤层采至-720m），二水平标高-788m，目前二水平正在进行开拓延深。随着矿井开采水平的不断延深，矿井瓦斯涌出量也相应增加，石门揭露突出煤层过程中容易发生冒顶及瓦斯超限现象。为了有效地控制冒顶现象的发生，矿井尝试在-788m井底车场揭煤过程中采用注浆工艺控制顶板，取得了良好的效果。

 

　　1.-788m井底车场施工技术条件

 

　　-788m井底车场布置在B组煤层群中，整个车场需要揭穿8、7、6等3个煤层，揭煤距离长。巷道在揭露6煤时，煤层厚度为1.5～2.0m：煤层极为松软，煤层倾角5°。煤层顶板为泥岩及砂质泥岩，底板为泥岩。

 

　　2.施工顺序及施工方法

 

　　因该巷道煤层倾角较小，施工过程中将工作面分成两个注浆段，每个注浆段长度为20m。施工前首先将巷道迎头1m范围刷成5400×4350m(宽×高)的大断面，迎头打锚杆、挂金属网，再对全断面进行喷浆，砼标号为C20，喷厚为100mm。喷浆养护完毕后，在迎头施工钻孔，再在距迎头15～20m处安装注浆设备，对工作面进行注浆加固。注浆工作结束后，开始掘进揭煤，每次循环进度为20m：第一个注浆段施工结束后，进行第二个注浆段施工。

 

　　3.钻孔、注浆施工技术要求

 

　　3钻孔、注浆施工技术要求

 

　　(1)每个注浆段沿巷道全断面布置13个钻孔，钻孔直径<91mm，钻孔间距为800mm。钻孔仰角为3°，外摆角为0°～4°，并保持在巷道周边轮廓线上，钻孔深度为20m。

 

　　(2)钻孔施工结束后，预埋2无缝钢管。每节钢管长度为3～4m。每节钢管钻有交叉布置的4个间距为500mm的<6mm小孔，以增强浆液扩散效果。钢管一端焊上长300mm的1.5寸钢管，两节钢管之间用8#铁丝连成一个整体。

 

　　(3)在孔口处的1.5寸钢管尾部加焊长200mm的注浆锚杆。注浆锚杆采用<26mm的无缝钢管制作，尾部螺纹段长度为60mm，锚杆外露不小于50mm。

 

　　(4)浆液制作。采用425#水泥制作的单液浆，水灰比为0.65～0.70：1，并均匀搅拌5min即可。

 

　　4.注浆工艺流程

 

　　在距巷道迎头2m处砌筑工作平台用于安装钻机，平台尺寸为310×215×112m，平台采用料石砌筑。钻孔施工结束后，在平台后方10m范围的巷道内安设搅拌机、储浆桶、清水桶和注浆泵。注浆前，准备好风、水管路以及注浆材料。

 

　　4.1注浆材料

 

　　根据现场试验经验结合本巷道围岩特性，注浆材料采用425#普通硅酸盐水泥。

 

　　4.2注浆设备

 

　　注浆设备主要有2TGZ-60/210型注浆泵、3B-200型搅拌机、高压胶管等，浆液采用搅拌机搅拌。

 

　　4.3工艺流程

 

　　安装注浆锚杆及高压球阀→注清水试验(试机)→造浆→注浆→停机冲洗注浆管→卸除高压球阀。

 

　　4.4注浆顺序

 

　　先注下部孔，再注肩孔，最后注顶孔。具体顺序为：1#、13#孔→2#、12#孔→3#、11#孔→4#、10#孔→6#、8#孔。5#、7#、9#为补打的卸压孔，根据注浆过程中压力变化情况，可以免注浆。

 

　　4.5注浆参数

 

　　4.5.1注浆压力

 

　　注浆压力是浆液在围岩中扩散的动力，它对注浆效果的影响主要体现在以下几个方面：

 

　　(1)注浆压力提供浆液在围岩中扩散、流动、渗透、劈裂等作用所需要的能量。

 

　　(2)注浆压力决定浆液与围岩相互作用方式，对于煤体及松散软弱结构围岩，注浆压力越大，围岩产生劈裂现象越彻底，浆液与煤体或围岩相互作用越完善，围岩岩性和整体性越好，从而更有效地提高巷道的稳定性。

 

　　(3)注浆压力受到围岩特性、注浆材料性能、注浆方式等因素的影响和制约。注浆压力过小，浆液难以向围岩中扩散，达不到预期注浆效果：注浆压力过大，很可能导致注浆过程中巷道表面开裂或片帮、冒顶。

 

　　根据现场试验经验结合本巷道的围岩特性，取注浆初压为0.5MPa，终压为2.5～3MPa。

 

　　4.5.2浆液扩散半径

 

　　浆液扩散半径是确定注浆孔布置的重要参数。影响扩散半径大小的因素较多，它主要取决于注浆压力、围岩力学性质、裂隙密度及开度、浆液的流动力学参数及初凝时间等。由于7煤比较松软，浆液充填空间及扩散范围较大，扩散半径为15～20m。考虑到煤、岩层各向异性导致的不同方向浆液扩散距离有所不同，施工初期注浆扩散半径按10m来考虑，试验过程中视围岩情况及注浆效果等调整到12～15m。

 

　　5.注浆过程中需注意的问题

 

　　(1)注浆前，首先连接好注浆管路，调节好注浆安全阀，再注入清水试验管路压力，并对可能漏浆的部位及裂缝进行预处理，然后开泵注浆。当达到设计压力后，关闭高压球阀，摘除注浆管路。6h后，方可摘除上一个高压球阀。

 

　　(2)注浆前，用预埋的8#铁丝将注浆锚杆外端的截止阀和注浆管连接牢固。

 

　　(3)配制浆液时，要使用新鲜水泥，放浆口处设置过滤网，以防止结块水泥或杂物进入吸浆管。

 

　　(4)注浆过程中，每个注浆孔要求连续注入，因故停止注浆时，可向孔内注入一定量的清水，以保持注浆通道的畅通。

 

　　(5)注浆过程中，随时观察并记录注浆压力、注浆量等注浆参数变化情况。当注液压力达到3MPa时停止注浆。

 

　　(6)注浆过程中，要加强对巷道顶部及巷道壁的监护，如发现声响、顶板松动、爆皮开裂等异常情况，要立即停止注浆，并及时进行处理。

 

　　(7)跑浆处理。注浆过程中发现跑浆时，可视具体情况对跑浆处直接用黄泥或水泥加速凝剂封堵裂缝。当出现大面积跑浆时，必须重新进行喷浆封堵，喷浆厚度不小于70mm，在喷层养护24h后方可重新注浆

 

　　6.注浆效果分析

 

　　(1)注浆加固提高了巷道围岩的自承能力和稳固性预埋钢管及浆液固化后的煤体共同形成金属骨架，提高了煤体的整体承载能力及抗压强度：高压浆液对煤体及巷道周边缝隙进行有效充填和压密，改变了裂隙周围岩体的受力状态，即由双向受力状态转变为三向受力状态，大大提高了巷道周边煤体及围岩的强度特性，从而提高了巷道周边围岩的自承能力和稳固性。

 

　　(2)注浆加固提高了巷道施工速度

 

　　每一个注浆段注浆工作结束后，巷道施工的循环进度为1.5m，比同类条件下采用撞楔法等其它方法施工的巷道循环进度增加了25%～50%，提高了巷道掘进速度。

 

　　(3)注浆加固提高了巷道施工的安全性

 

　　注浆工作结束后，巷道揭露6煤层过程中从未发生任何漏顶、冒顶及瓦斯超限现象，有效地控制了顶板，保证了巷道施工安全。

 

　　7.结语

 

　　注浆工艺有效地控制了石门揭露突出煤层过程中的冒顶及瓦斯超限现象，提高了巷道施工速度，保证了巷道施工安全，取得了良好的经济效益，值得在类似条件下的巷道施工过程中进行推广。