3.2　注漿加固施工

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

　　3.2.1　注漿鉆孔設計

　　沿巷道周邊垂距4m范圍內進行注漿加固,在煤層中實際沿巷道周邊保護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。出煤斜巷掘進至煤層法距4m時,在迎頭打注漿孔,液擴散半徑設計為1500mm,實際布置鉆孔40個,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計如表1所示。煤層底板鉆孔布置如圖1所示。

　　表1　鉆孔總體設計參數(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　注漿材料及設備選擇

　　選擇波雷因作為注漿材料,波雷因產品由A、B兩種液體組份組成,施工時按1∶1的比例充分混合后,其凝固時間可在幾秒至數(shù)分鐘內可人為調節(jié),膨脹系數(shù)為2~5倍,最大抗壓強度為50MPa,注漿施工時漿液可產生二次滲透壓力,并能滲透至煤巖層深部微細裂隙內,可對煤體或破碎圍巖進行有效加固。注漿設備選擇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,最大注漿壓力可達30MPa。

　　3.2.3　注漿量計算

　　煤層注漿介質可以視為孔隙滲流模型,可按有關滲透理論對注漿參數(shù)進行計算[8]:w=knλβhπr2式中w———注漿量,103kg;r———漿液的擴散半徑,根據(jù)經驗取r=1.5?10?煤礦安全(Total386)技術經驗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)計算公式,可得單孔注漿量w=375kg;共布設40個鉆孔,則總注漿量為15000kg。

　　3.3　注漿后突出危險預測

　　完成注漿后,在打測壓孔的過程中,每米煤孔取一個煤樣,采用綜合指標進行突出危險性預測,測定煤的堅固性系數(shù)(f),將2個測壓孔所得的堅固性系數(shù)最小值加以平均作為煤層軟分層的平均堅固性系數(shù),最后將堅固性系數(shù)最小的2個煤樣混合后,測定煤的瓦斯放散初速度指標。預測指標不超限時,才視為無突出危險。并在采取執(zhí)行超前鉆孔探測措施才能進行揭煤,每循環(huán)進尺前在巷道迎頭頂部垂直煤層向上打2個深度為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　試驗結果

　　注漿后煤體堅固性系數(shù)為5.5,瓦斯放散初速度為0.8,煤層鉆孔內實測瓦斯壓力為0.04MPa。經計算得D=1.54,K=0.15,可見兩預測指標沒有超限,可視為無突出危險,可以保證安全揭煤。試驗地點1521(3)下風巷出煤斜巷只用20d時間即通過有突出危險煤層,相比常規(guī)揭煤防突措施約提前6個月完工。

　　4　結　論

　　(1)石門揭開有瓦斯突出危險的煤層時,在煤巖交界面附近兩側,巖石、煤體的力學性質相差懸殊,這種差異空容易產生變形突變(應力不連續(xù)),如果煤體松軟、強度低,不能有效抵抗這個高應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。注漿加固防突機理主要體現(xiàn)在增加煤體強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煤層現(xiàn)場施工工程中,采用波雷因材料、風動注漿泵及相應注漿新工藝有效地防止了煤與瓦斯突出,整個防突工程只用15天即完成,相比常規(guī)揭煤防突措施約提前6個月完工,技術經濟效益十分顯著。

　　(3)注漿加固防突新技術可克服常規(guī)防突方法的不足,在制定相應安全技術措施的基礎上,可推廣應用于石門揭煤防突,為石門揭開有瓦斯突出危險煤層提供了一種新的防突手段。應該指出,文中的注漿量計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的應力撓動,因此本文采用的注漿量計算式還需根據(jù)現(xiàn)場試驗及工程實踐的不斷增加而逐漸加以完善。