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霍尔辛赫煤业3207回采工作面过断层加固治理方案

霍尔辛赫煤业3207回采工作面过断层加固治理方案
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霍尔辛赫煤业3207回采工作面过断层加固治理方案

 


 

 

山西誉邦新动力科技有限公司
2013年9月26日


一、地质概况:
霍尔辛赫煤矿3207大采高综采工作面,采高平均为5.8米,沿底板推进,煤层上方有厚度0.4米的伪顶,直接顶为软质砂质泥岩,薄层状,水平层理。工作面推进前方受F27断层影响(根据掘巷资料断层落差2.6-3米,倾角40-60°),现机头已揭露,50架到63架之间煤壁片帮严重,顶板破碎漏矸严重,已影响正常生产,经矿方研究进行预注瑞象化学浆进行加固治理。
二、治理地点及顶板注浆加固治理目的、预期效果:
1、3207回采工作面断层影响区域需要进行加固处理。
2、通过顶板注浆加固,提供合理的支护阻力,适应围岩变形,有效保持围岩稳定。其综合效果表现在以下四个方面:
1)浆液固结体的网络骨架作用
浆液经挤压或渗透到围岩纵横交错的裂隙中固结后,会在围岩中形成网络骨架结构。浆液固结体呈薄厚不一的片状或条状,几乎可相互连通形成网络骨架,瑞象加固化学材料和煤体的固结体具有良好的韧性和粘结性,当外载增加时,固化材料发生变形但不破坏,载荷主要由强度较高的煤岩体承担,这样围岩的破坏条件由原来的裂隙弱面强度条件向接近煤体强度条件转化。当煤体应力超过煤体强度发生较大变形时,固结材料的网络以其良好的韧性和粘结强度起到骨架作用,提高围岩的残余强度,限制围岩破坏的扩展,从而改善维护状况。
2)充填压密及转变围岩破坏机制的作用
浆液在泵压的作用下,除了将一些较大的裂隙充填满,还可以将一些充填不到的封闭裂隙和小裂隙压缩,甚至使其闭合,提高围岩的弹性模量和强度。
经过注浆固化后,裂隙内充满加固材料,加上固结材料对裂隙面的粘结作用,使裂隙端部的应力集中大大削弱或消失,从而使围岩的破坏机制发生转变。另外,当围岩中存在较大的裂隙,裂隙附近的岩体处于二向应力状态,当裂隙内充满固化材料或压密后,将变为三向应力状态,而岩体在三向应力状态时的强度比二向时显著增大,并且脆性减弱、塑性增强。通过对冒落区充填,使整个空区形成一个整体,提高总体承载能力。从受力状态来看,注浆固化也起到了转变岩体破坏机制和提高围岩强度的作用。
3)提高顶板围岩体强度
通过注浆, 能够改变弱面的力学性能, 即提高裂隙与煤岩体之间的粘聚力和内摩擦角,增大岩体内部块间相对位移的阻力,从而提高顶板岩体的整体稳定性。
4)形成承载结构
通过注浆加固, 可以使松散岩体重新胶结成整体, 形成承载结构, 充分发挥围岩的自稳能力。并且利用浆液的渗透和扩散作用,封堵围岩裂隙,可阻止水气侵入内部岩体,防止水害和风化对煤体的进一步影响,对保持围岩力学性能,实现长期稳定意义重大。
三、材料及注浆设备:
1、瑞象加固Ⅱ材料介绍:
根据回采工作面的状况,我们选择高分子化学加固材料——瑞象新加固Ⅱ材料进行注浆加固。瑞象加固是由两种组分组成(树脂和催化剂)的高分子化学产品,用于煤岩体的加固。产品的高度粘合力和良好的机械性能与煤岩体产生高度粘合,良好的柔韧性可以承受地层压力的长期作用,并且具有强抗渗性能、抗磨、抗冲击性能和抗老化性能,从而达到长久稳固煤岩体的目的。
材料在注入到煤岩体裂隙中后,低粘度的混合物可以保持几秒到一分钟左右的液体状态,在扩散一定范围后反应结束,在煤岩体裂缝内反应、硬化,与煤岩体胶结,达到快速加固煤岩体的目的。
对于普通煤岩体加固剂,尤其是水泥基材料主要依靠泵压作用下的浓度渗透压力差机理来进行渗透的。而瑞象加固最大优点是能够发生膨胀,产生浆液在煤岩体裂隙中的二次渗透压力,其膨胀倍数可达到原体积的1.5~2.5倍。因此,其不仅依靠泵压作用的浓度压力差进行渗透,而且依靠材料本身的膨胀特性产生自身的二次渗透,使得浆液向四周扩散,这样浆液的扩散范围和充填密实度要比普通材料高出数倍。材料的使用需要一台双液注浆泵和一支混合枪。可以在干燥或潮湿的环境中使用,受环境的影响较小。
2、各项技术内容及指标
瑞象加固反应前材料常温下为纯液态,具有良好的渗透性,可渗透到微小的裂隙中,反应时间短,快速固结并达到需要强度,反应过程中放热量低;固化物强度高,强粘结性能保证与岩层的高度粘合,良好的柔韧性可以承受地层压力的长期作用;并且具有强抗渗性能、抗磨、抗冲击性能和抗老化性能,从而达到长久稳固岩体的目的。
瑞象加固瑞象技术参数如下:
1.主要成分: 瑞象树脂 瑞象催化剂
产品外观 淡黄色液体 深褐色液体
比重(23±2℃)(Kg/m³) 1030±20 1230±20
粘度(23±2℃)(mPa·s) 200~300 200~250
混合体积比 1 1
有效储存期(20℃)(月) 6 6

2.聚合产品: 
最初粘度(23±2℃)/(mPa·s) 200-300
反应开始时间(23±2℃)/s 40±10
反应结束时间(23±2℃)/s 75±10
反应特性 可根据工程状况预先调整反应时间及反应特性:不发泡,微发泡至发泡倍率1.2~2倍
抗压强度(max)/MPa >50
粘结强度(max)/MPa >3.0
扩散半径(m) >2(一般裂隙发育)
阻燃特性 阻燃
3、瑞象加固浆液工程应用典型特性
均质围岩注浆后柔性网络骨架作用
        
浆液通过注浆扩散,在均质围岩裂隙中,枝状浆脉相互交叉形成的柔韧性网状结构。增加了岩体的整体结构和承载能力。
4、注浆设备
双组份化学注浆泵------气动注浆泵(ZQBS-8.4/12.5)
气动注浆泵由气动马达下方带动三个活塞,工作时吸料管分别插到两种液体料桶中,活塞泵通过吸排料管抽运双组份材料的两种液体介质。两种液体压送比例为1:1,并且利用三个活塞截面积的不同和不同的组合实现不同的注射比例。两种液体分别通过高压软管压送到双液注射混合枪里混合,混合物通过注射管送到目的位置。

图  双组份化学注浆泵

四、治理方案:
1、注浆整体方案:
1)根据现场实际情况,按断层走向进行循环注浆推进,遇到冒区用瑞象填充Ⅱ进行填充接顶,煤壁破碎片帮处进行循环加固。
2)工作面推进过程中适时调整工作面推进角度,增大工作面与断层的角度,减小工作面受断层影响的长度。
3)工作面推进过程中适时调整工作面采高的高度。
2、具体注浆方案:
1)在工作面需要治理阶段打孔注浆,工作面采高5.8米,第一排孔在距离顶板下2米位置打孔,孔深8米和角度仰角50°向上打孔,第二排孔在第一排孔下1.5米处向煤壁打6-8米的直孔(根据断层和现场实际情况定),封孔器放置在距离孔口1.5米位置。孔距初步设计4米,单孔注浆量控制在20组左右。具体布孔示意图如下所示:
注浆孔布孔主视图

布孔参数可根据实际情况进行调整。
(2)3207工作面遇到冒区需充填治理:支架上有冒落物煤渣的无需做假顶可直接打眼注浆,支架上冒空的可简单做一下假顶支护后开始注浆。孔深随实际冒落情况而定。

注浆注意事项:
1)每孔注浆量尽量均匀,每孔注浆量的误差控制住5组以内;
2)尽可能保证注浆扩散范围,尤其是冒区下部煤和岩胶结固化的完整性,具体注浆量参数可视现场情况调整;
3)在设计的钻孔位置打孔,若现场情况有变化,可在原设计方案基础上稍做调整,注浆孔深度可视注浆扩散效果取最佳值;
五、注浆工艺和操作流程:
1、施工步骤:
1)孔位的设计,根据现场情况合理设计注浆钻孔;
2)打孔,要求钻孔直径Ф=42mm,孔深≥6米或4米;
3)气动注浆泵及其附件组装好并把注射枪固定住;
4)开始注浆,把两根吸料管分别插入瑞象加固树脂和催化剂桶中,活塞在气马达的作用下运动,由于压力的作用使原料经过活塞进入输料管,输送到注射枪里,通过注射枪注入风化煤体里,进而快速反应达到加固松散煤体的目的;
5)停止注浆,用树脂冲洗管路和混合枪;
6)换孔注浆;
7)注浆完毕后,用机油清洗注浆泵和管路。
双液化学注浆系统设备布置图

六、安全技术措施
1、建立健全各种岗位责任制,严格执行现场交接制度。
2、气动注浆泵及注浆管路必须试运转,确认机械性能和各种阀门管路、压力表完好后,方准施工。
3、每次注浆前,认真检查安全阀、压力表的灵敏度,并调整到规定注浆压力位置。
4、安装注浆管路和泵头各部件时,各丝扣的联接必须拧紧,确保联接完好。
5、注浆过程中,禁止现场人员在注浆孔附近停留,防止伤人。
6、注浆时要保证风源可靠,不得随意停风,必要时必须事先通知,待注浆完成并冲洗后方可停风。
7、注浆施工期间,由修理工排除各类故障。
8、注浆现场操作人员必须佩戴安全帽、防护眼镜、口罩和手套等劳保用品,方可进行注浆施工。
9、注浆过程应派专人负责,填写注浆记录表,记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据,观察压力表值,监控连通装置,避免因压力猛增而发生异常情况。
10、注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆现象,如发生大量串浆情况,应立即停止注浆,也可采用棉纱、木楔等进行封堵。注浆过程中压力如突然升高,可能发生堵管,应停机检查。
七、单孔注浆结束标准为:
1、注浆时返浆严重时及时停泵换孔;
2、注浆过程中发现异常情况,及时停泵处理。
八、注浆施工安全技术措施:
1、管理制度及人员配备要求
1)施工前必须向全体施工人员贯彻施工组织措施、安全技术措施,使每个施工人员都明白施工工序、施工方法和施工安全注意事项。
2)操作人员应配备防风眼镜、防尘口罩、手套等劳保用品,作好个人防护工作。
3)严格贯彻执行安全生产管理的各项规章制度和岗位责任制,以确保注浆施工的安全、快速、优质。
4)为确保钻注施工的安全,快速,优质,各班组均配备有经验的注浆技术工人。
5)所有现场人员均有“联保、自保、互保”的责任和义务;
6)其他未尽事宜严格执行《煤矿安全规程》和泰山隆安矿相关规定。
2、注浆操作注意事项
1)打注浆孔时,钻具一定要控制好,先慢后快,一定扶好风钻及钻杆,以防断钻杆、风钻倾斜发生意外伤人。
2)安装注浆管时,人员站在安全可靠地点;注浆时,人员要避开注浆管正面位置,以防注浆管意外伤人。
3)注浆前,检查管路及钻孔,检查注浆孔是否畅通,有无堵塞现象。
4)注浆过程中要观察是否跑浆,其它钻孔是否异常,有无窜浆现象。
5)注浆期间要设专人观察注浆管、巷道周围是否有跑浆现象,发现问题及时采取措施处理。
6)注浆人员严格执行注浆泵操作规程,佩带防护眼镜、乳胶手套,谨防浆液对人造成伤害;注浆管路要牢靠,各螺丝扣的连接必须拧紧,以防脱出伤人,放浆时,要注意安全,人员避开放浆阀门,防止高压浆液突然喷出,时刻注意压力表变化情况,发现异常情况及时处理。
7)记录员跟班检查注浆情况,发现问题应立即停止注浆。
8)注浆结束后,要及时清理钻注设备,并进行检修。
9)注浆施工必须严格执行现有施工安全管理规定及相关安全技术措施。
3、注浆管的联接方法:
1)每孔配件由1个快插接头,无孔的实管,封孔器、若干花管组成等配件组成;
2)安放注浆管时,钻孔深部为注浆花管﹢封孔器+注浆实管﹢快插接头组成,之后注射枪连接快插接头进行注浆;
3)注浆实管和注浆花管安装长度可视封孔器安装位置减短或加长,但前端必须安装注浆花管;
4)注浆前若孔口端孔径较大,则用棉纱塞入注浆钻杆与孔径的空间位置并捣实,以利于封孔。
4、注浆泵及注射枪的联接:
1)把设备垂直放平且不影响通行的位置,并视注浆孔的情况把设备尽量放在利于多孔注浆的位置;
2)联接风源,风源联结前应把风管中的杂物冲掉后再进行连接,并保证随设备的移动风管亦应移动方便,或者移动设备后能就近接入风源;
3)联结注浆管路,把两根DN13的高压胶管分别连接到两注浆缸体上,并用u型卡固定牢靠;
4)分别把两个吸料管放入树脂和催化剂的包装桶,并在缸体上做好标记,再次施工,原吸料管也应同于上次的树脂和催化剂的包装桶;
5)开动气泵,是两种液体吸入缸体并从DN13的高压胶管中排出,持续开动几分钟,观察注浆比例和吸料情况,若有问题,立即停泵处理;
6)待设备正常后,DN13的高压胶管连接注射枪,注射枪连接到快插接头,关闭卸压阀,开动设备注浆;
7)注浆一旦进行,两种液体应分别持续不断的到入注浆桶,不得混合到入,不得断料;
8)注浆过程中,两注浆桶内不得出现任何“颗粒状、片状、线状、条状、带状”的杂物,若不慎掉进桶中应及时捞出,以免吸入缸体堵塞设备;
9)注浆过程中,应不断检查各连接部位连接是否牢固,以免u型卡因注浆震动而脱落。
5、人员材料配备:
1)每台注浆设备我方配备2名施工人员进行现场指导工作。贵矿需要配合做的工作:提供2名辅助人员倒料、2名打眼工,同时安排若干名人员运料,保证材料能够满足使用的需要,准备动力风源要求4-7bar;准备风管,准备42mm钻头,要求直径1寸,长度视现场情况而定;准备清洗剂,两桶水和一桶机油;准备足够的棉纱和木楔用来防止原料顺裂隙流出造成浪费;
2)根据贵矿实际情况我公司在检修班及停采时安排二台进行大范围注浆。
九、灾害应急撤退路线:(参照霍尔辛赫煤矿安全作业规程执行)
根据《煤矿安全规程》第49条之规定,以上内容未涵盖之处要严格按《煤矿安全规程》、《操作规程》和《霍尔辛赫煤矿综采工作面作业规程》有关针对性规定执行。

文档信息
  • 文档上传人:admin
  • 文档格式:Doc
  • 上传日期:2014年11月04日
  • 文档星级:★★★★★
  • 需要煤安币:5个
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