破碎煤岩体化学加固成套技术与工程应用2

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1、破碎煤岩体化学加固成套技术与工程应用杨景贺宁宇魏景云李纪青摘要：破碎煤岩体治理一直是煤矿井下采掘施工中无法回避的技术难题，本文总结了开采所事业部在破碎煤岩加固技术方面的研究成果，论述了破碎煤岩化学加固机理，介绍了化学加固工程材料、设备及施工工艺，结合典型工程案例分析了化学注浆加固和聚氨酯木锚杆加固的适用条件。煤矿井下采掘施工过程中，由于地质构造、原生裂隙及采动影响等形成的破碎煤岩体，往往引起采掘工作面的片帮、冒顶，影响安全生产，特别是随着采掘机械化程度的不断提高，这类问题严重制约了设备效能的发挥和生产率的提高。国外20世纪70年代就已

2、广泛使用了化学加固技术，如德国、法国、俄罗斯等国开发了多种化学加固材料和配套施工机具，化学加固材料年消耗量在几百到数千吨，已作为常规技术应用于煤矿日常生产。开采所从1983年开始对破碎煤岩体化学加固技术进行了深入研究。在化学加固材料、设备及施工工艺等方面形成了一整套完善的实用技术，已累计进行破碎煤岩体化学加固工程30余项，分布在徐州、兖州、平顶山、开滦、大同、邯郸等局，效果显著。1化学加固材料1.1加固材料的种类岩土工程中使用的加固材料分为颗粒型的水泥类材料和纯液态的化学材料，加固材料特点见表1。表1加固材料的特点及适用范围材料类型优

3、点缺点适用范围水泥加固材料凝结后强度高，耐久性好，材料来源广，价格低，无毒。颗粒型浆液，对微裂隙渗透能力低，易析水沉积，加固效果差。凝结时间长，不易控制，固化收缩，易龟裂。用于裂隙宽度大的岩土加固工程。化学加固材料浆液无颗粒，对微裂隙渗透能力强，凝胶时间可调，对工程适应性强。材料价格高，工程费用大，有些种类毒性较大。用于各类岩土加固工程。1.2化学加固材料性能化学加固材料的品种较多，包括环氧类、聚氨酯类、丙烯酰胺类、脲醛类、木质素类及水玻璃类等，目前化学加固材料有脲醛加固材料和聚氨酯加固材料两种，材料性能见表2。表2化学加固材料的基本

4、性能材料组分粘度/CP密度/g.cm-3凝胶时间/min发泡倍数粘结强度/MPa结石体抗压强度/MPa析出物质配套工艺聚氨酯甲2001.151.5~55~8>0.86.9无注浆及木锚杆乙5001.25脲醛甲701.20510~15无0.78游离醛和水注浆乙601.215—5—2化学加固施工工艺、设备及参数2.1化学加固施工工艺图2聚氨酯木锚杆加固系统1－钻孔；2－木锚杆；3－封孔胶泥；4－注浆管；5－混合器；6－螺旋车削；7－三通；8－排料管（聚醚）；9－聚醚工作泵；10－聚醚料箱；11－减速箱；12－电机；13－异氰酸酯工作泵；14

5、－异氰酸酯料箱；15－排料管（异氰酸酯）图1化学注浆加固施工工艺系统1—破碎煤、岩体；2—钻孔；3—注浆钢管；4—封孔布包；5—封孔软管；6—封孔三通；7—注液三通；8—甲组分排液管；9—乙组分排液管；10—乙组分液桶；11—甲组分液桶；12—压注泵；13—泵进液管；14—泵回液管经过大量的工程实践，化学加固技术已形成针对不同条件的两套完整的施工工艺，即化学注浆加固工艺和聚氨酯木锚杆加固工艺，工艺系统如图1、图2。2.2化学加固设备国外化学加固设备品种较齐全，有液动、电动、气动各种驱动方式，及不同排量的注浆泵。国内只有仿德国的YZB6

6、3.2.32型液动注浆泵和PUT型电动泵配合不同工艺使用，加固设备的主要技术特征见表3。表3加固设备的主要技术特征型号驱动方式排量（双组分）/L.min-1最大出口压力/MPa配套工艺YZB63.2.32液压0~1720注浆加固PUT电机0~31.0聚氨酯木锚杆加固2.3化学加固参数化学注浆加固效果取决于加固材料在破碎煤岩体内的扩散范围。主要参数是注浆压力Pz、注浆速度Sz、单孔注浆量Qz，它们最终决定了一个钻孔的材料扩散范围，上述参数分别由下式确定[1]：式中：R—材料在煤岩体内的扩散半径，m；r0—为注浆钻孔半径，m；m—煤岩体的

7、有效孔隙率；—加固材料密度，kg/m3；k—煤岩体渗透系数，m/s；—钻孔有效注浆长度，m；t—注浆时间，s。聚氨酯木锚杆加固的主要技术参数包括钻孔长度、单孔材料灌注量，分别由下式确定*化学加固煤岩技术鉴定资料，开采所技术资料，1991：—5—式中：—加固周期工作面进尺，m；C—相邻加固周期的加固重迭量，0.5m；—加固钻孔仰角；K—材料损耗系数，1.3~1.4；SR—钻孔截面积，m2；Sm—木锚杆截面积，m2；b—封孔尺寸，0.15~0.2m；—加固材料密度，kg/m3；n—加固材料发泡倍数，3~4。3典型工程应用[2][3]3.1

8、综放工作面断层破碎带加固石嘴山矿务局二矿2266综放工作面煤层硬度f=1.1~1.4。工作面内有两条斜交正断层F2210、F2211。F2211落差达0.9~2.0m。1994年6月对F2211正断进行了聚氨酯注浆化学加