化学灌浆在我国煤炭行业的应用现状及发展前景.pdf

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1、化学灌浆在我国煤炭行业的应用现状及发展前景冯志强康红普(煤炭科学研究总院北京开采研究所北京100013)摘要：本文分析了煤炭行业在加固赌税以及密闭充填方面的缺陷和需求，并提出了今后化学灌浆在煤炭行业的发展方向，晟后分析了化学灌浆对整个行业产生的效益。关键词：化学灌浆：破碎煤岩体；密闭一、前言灌浆技术从20世纪50年代以来得到迅速发展，已广泛应用于各类岩土工程。灌浆材料分为水泥类材料和化学类材料，分别用于不同的工程类型。一般水泥类材料价格低，凝结后强度高，耐久性好，无毒；但浆液含固体颗粒，对微裂隙渗透能力低，易析水沉积，凝固时间长，效果差，使用

2、于裂隙宽度大的岩土工程。化学材料浆液无颗粒，对微裂隙渗透能力强，凝胶时间可以准确控制，适用于各类岩土工程。20世纪70年代，德国、美国、独联体、法国、波兰等采煤技术先进的国家，先后开采了化学灌浆材料用于加固破碎煤岩体及井下防火和隔风。德国、美国以聚氨醑材料为主，独联体、法国、波兰主要适用脲醛树脂。材料年消耗量均在数千到数万吨以上，有效改善了破碎煤岩的整体稳定性，为矿井安全和高效生产提供了保障。我国岩土灌浆技术也已经得到了广泛应用。特别是1964年中国科学院广州化学研究所就研制成功了被誉为“20世纪魔水”的丙烯酰胺灌浆材料，应用于铁路隧道施工，

3、取得了良好效果。此外，20世纪70年代以后，随着我国水利水电事业的迅猛发展，灌浆帷幕已发展成岩溶发育地区修建高坝的坝基防渗的主要处理措施。使用的材料有水泥类，包括可灌入o．1mm裂缝的超细水泥和易保存的湿磨超细水泥、改性灌浆水泥和膏状水泥浆液；化学浆液包括环氧树脂类、聚氨脂类、丙烯酰胺类、甲基丙烯酸酯类、丙烯酸盐类、水玻璃类等。煤炭行业所用材料主要有水泥、水玻璃类、不饱和聚酯类、环氧树脂类、甲醛类树脂(包括脲醛树脂、三聚氧氰胺甲醛树脂、酚醛树脂)、聚氨酯树脂。但上述材料不能直接应用于矿山，特别是不能满足煤矿井下生产需要，主要原因为：①煤炭井下

4、环境潮湿，直接影响憎水材料的使用性能。②加固后的破碎煤岩体要受一次甚至多次剧烈的采动矿山压力影响，对材料固结后的体积收缩、粘结强度及抗压强度要求高。③生产安全要求，适用的加固材料必须具备闪点、阻燃性。④井下通风空间有限，严格要求控制材料析出的有害成分，以防对矿井造成污染。⑤井下破碎煤岩体虽有原生活采动影响形成的裂隙，但裂隙宽度小，难以采用无积类加固材料。⑥材料应具有速凝特性，实现化学加固与采掘施工快速推进相配合。⑦在煤矿掘进过程中以及回采作业遇到断层时，不163可避免的会产生冒落，并在架后形成冒落孔洞，需要有发泡材料进行充填。二、煤炭行业中灌

5、浆加固堵水施工的缺陷破碎煤岩体化学加固技术已在中硬以上、无水煤层破碎煤岩加固方面取得成功，材料性能稳定，工艺系统完善，并得到了广泛应用，取得了较好加固效果。目前存在的主要缺陷表现为以下几个方面：(Ⅱ)在对硬度系数艇Ⅱ的软煤开采过程中，在其破碎煤岩加固方面，现有材料黏度大，渗透能力不足，加固效果不理想。(2)在含水煤层的开采过程中，对富含水、淋水条件下破碎煤岩灌浆加固所采用的现有材料都属憎水型，明显的淋水使材料反应发生变化，性能改变，无法达到加固和堵水目的。(3)在极破碎煤岩体条件下，成孔往往比较困难。因为在钻孔过程中或钻杆抽出钻孔后很容易造成

6、塌孔，导致灌浆管无法深入钻孔，完成灌浆加固工作。(4)化学灌浆加固旌工速度比较慢，不能满足快速采掘的要求，施工机具和工艺有待改进、完善和提高。三、煤炭行业在密封充填方面的需要在煤炭掘进过程中以及回采作业遇到断层时，不可避免地会产生冒落，并在架后形成冒落孔洞。这些孔洞经常造成瓦斯集聚，在具有自然倾向的煤层还可造成自燃发火。因此，只有及时填充这些孔洞，才能确保安全生产。我国煤炭通常采用在冒落地点架木垛、填沙浆等方法进行处理，但这些方法费时、费力、施工难度大，且不能保证真正消除事故隐患。因此开发为煤炭井下充填、密闭使用的泡沫材料不仅应用于填充矿井冒

7、落孔洞，还可以应用于厚煤层分层开采和沿空送巷的通风控制；并对消除砌壁、密闭等环节因漏风带来的自然具有良好的控制作用。泡沫树脂主要应用于以下几个方面：(Ⅱ)防止顶板的瓦斯积聚。巷道顶板空隙或孔洞是瓦斯积聚、引发爆炸危险的隐患之一。采用泡沫树脂充填后，可消除瓦斯积聚的空间，减少爆炸危险。(2)防止突出或冒落孔洞等空隙漏风引起的自燃。煤矿采煤过程中，突出和冒落孔洞等空隙是引起煤层自燃发火的主要漏风源(亦称火点)。我国在《煤炭安全规则》中指出了封堵突出与冒落孔洞的具体措旌，其中还特别提到今后采用泡沫树脂等新型填充材料问题，并提出了采用泡沫树脂填充冒落

8、带的方法。(3)可作为巷旁充填材料使用。在矿井掘进中，巷壁常常不规则，特别是穿过断层带时，不可避免的会产生冒落。出于安全上的考虑，必须用备板或其他材料进行支护与充填