破碎顶板注水玻璃加固技术

２０１１年第１１期　中州煤炭　总第１９１期　破碎顶板注水玻璃加固技术　张　帆，张石奇　（义煤集团洛阳义安矿业有限公司，河南洛阳４７１８２１）　

摘要：洛阳义安矿业有限公司１１采区轨道上山沿二，煤层顶板掘进过程中遇破碎煤层，为确保快速安全通　过１１采区轨道上山（扩巷段）顶板破碎带，采用对顶板破碎煤层进行注水玻璃加固的方案，通过调整浆液的　配比，增加了煤体的整体性和可塑性，消除了掉矸伤人事故的发生，实现了矿井的安全高效生产。　关键词：破碎顶板；水玻璃；加固技术　中图分类号：ＴＤ３５３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３—０５０６（２０１１）１１—００８３—０３　

１　工程概况　洛阳义安矿业有限公司１１采区轨道上山位于　该矿东翼，设计长度１　５３５　ｎ－ｉ，巷道沿二　煤层顶板　掘进，采用锚网索＋３６Ｕ型钢棚复合支护。根据《煤　矿安全规程》规定：采区或盘区内的上下山和平巷　的巷道净高不得低于２　ｍ；主要进、回风巷道最高允　许风速不得超过８　ｍ／ｓ　。１１采区轨道上山总进风　量为９　０７４　ｍ　／ｍｉｎ，考虑到采区内工作面布置、风机　实际供风能力和采区所需风量计算等因素　，把原　巷道断面积扩刷为净断面积１９．１　ｍ　（下宽５　９６４　ｍｍ，净高３　９３２　ｍｍ），以满足采区运输及通风需要。　２轨道上山扩刷段顶板过破碎带存在问题　１１采区轨道上山替棚段巷道沿二，煤层顶板掘　进，其地层柱状如图１所示，采用２９Ｕ型钢棚＋锚　网喷复合支护，遇破碎带段扩刷巷道长约５０　ｍ，采　用３６Ｕ型钢棚大断面支护。由于顶板岩层破碎，局　部冒顶３～４　ｍ，难以打设顶板锚网进行加固，只能　通过绞架进行临时支护，其冒顶区绞架如图２所示，　巷道断面与煤层层位如图３所示。　３　顶板（二，煤层）加固方案的确定　考虑到施工安全因素及生产进度等问题，采用　对顶板注水玻璃及水泥浆方案进行加固。　巷道属于典型三软突出煤层，煤层及顶、底板岩　收稿日期：２０１１—０７—０２　作者简介：张　帆（１９８７一），男，河南淮阳人，技术员，２００９年毕业　于郑州工业安全职业学院，现从事生产技术管理工作。　性均不稳定，较松软，不易维护，在巷道掘进施工过　程中曾采用撞楔法、煤层注水等方法超前控制顶煤，　效果不甚理想；后采用注马丽散的试验方案，但该方　案每吨预算为２．７万元，成本过高且效果不佳；而水　玻璃每吨只需１　５００元，可与水泥任意配比，具有良　好的机械性能与渗透性，故采用注水玻璃和水泥浆　的试验方案，材料预算见表１。　

地　代　层　累　岩层　岩性　厚　厚　柱状　名称　岩性描述　层　号　，ｍ　＾“　

０．７　２１．８　—●　二２煤层　黑色粉末状，块状，以暗煤为主，夹亮煤条　Ｊ　带，属半亮型煤，／ｇｏ．７　ｍ。　

深灰色，块状，底部为条带状，与细砂岩呈　１．６　２３．４　互层状，含少量白云母及大量植物根茎化　砂质　

泥岩　石

，裂隙发育。　下　

一　灰色，厚层状，成分以石英为主，次为岩　—　４．８　２８．２　细粒　屑，长石，次圆状，分选中等，层面含炭屑　叠　Ｐ　砂岩　及大量白云母片，高角度裂隙发育，具方解　统　石脉，全井田稳定，为井田主要标志层之　

一０　

山　砂质　深灰色，块状，砂泥质胶结，岩石较为破碎，　

西　５．５　４３．７　泥岩　局部含大量植物根茎化石且有多层煤线发育，　为二－煤层直接顶，局部发育。　组　

黑色，粉末状，鳞片状，局部见块状，以亮煤　４．４　４８．１　■　二１煤层　为主，含暗煤条带，若玻璃光泽，属半亮型煤。　黑灰色，厚层状，粉砂结构，以石英长石为　

６．４　５４．５　粉砂岩　主，含少量白云母片及炭屑，大量瘤、豆及缎　状ＦｅＳ结核，层面夹泥质条带，中上部粒度稍　蛆，为细砂岩，裂隙发育被方解石充填。　

图１采区地层柱状　

●　—－——一　１　１采区轨道上山扩刷方向　

图２　１１采区冒顶区绞架示意　

・８３・　２０１１年第１１期　中州煤炭　总第１９１期　圈３巷道断面与煤屡屡位示意　裹１材料预算　

４方案实施　４．１注浆孔设计　１１采区轨道上山需注浆段共５０　ｍ，在前２０　ｍ　采用深浅孔交替打设的初步设计。设计方案１：第１　排浅孔布置在扩刷巷道掘进面退后４．５　ｍ位置，每　排设计３个钻孔，孔深４　ｍ，终孔控制巷道顶板以上　垂距２　ｍ位置处，钻孔间、排距为１　ｍ×２　ｍ（图４），　１　、２　、３　设计孔深均为４　ｍ，倾角均上仰３０。，偏角左　偏分别为８７。，７１。，５８。。　

３６Ｕ型棚　寸吨芹　Ｉ后巷道中心线　１．！避　，Ｊ　唧　钻孔布置平面１　

钻孔布置平面２　钻孔布置剖面　圈４轨道上山扩巷段顶板注水玻璃浅孔示意　

浅孑Ｌ施工完毕后，从扩刷巷道掘进面退后８　ｍ　位置开始打设深孔钻孔，设计每排３个孔，孔深８　ｍ，终孔控制巷道顶板以上垂距４　ｍ位置处，间、排　・８４・　距为１　ｍ　Ｘ　２　ｍ（图５），１　、２　、３　设计孔深均为８　ｍ，　倾角均上仰３０。，偏角左偏分别为８９。，８Ｏ。，７３。。　施工断面　图５轨道上山扩巷段顶板注水玻璃深孔示意　经过现场试验，发现存在以下问题：①钻孔倾角　过大，未等浆液注满钻孔即出现回流现象，很难提高　注浆压力，达到预计峰值；②３个钻孔的终孔间距过　大，相互渗透影响的扩散半径小，不能取得理想的渗　透黏结效果。　鉴于以上原因，特制订第２套方案：浅孔打设同　方案１，深孔沿巷道正顶打设，每排由３个孔增加至　５个孔，设计孔深均为８　ｍ，倾角由３０。改为２５。，终　孔控制到巷道顶板以上垂距３　ｍ位置处，间、排距调　整为０．５　ｍ×２．０　ｍ（图６），１　、２　、３　、４　、５　偏角左偏　分别为８９。，８４。，８Ｏ。，７６。，７３。。　施工断面　钻孔布置削面　图６方案调整后轨道上山扩巷段顶板注水玻璃深孔示意　４．２浆液配比选定　顶板注浆材料由水、水玻璃和水泥三者混合而　成，注浆时水玻璃起催化作用，加快水泥浆的凝固速　度；水泥浆可通过渗透作用充填煤层裂隙，待水玻璃　催化后可与煤层凝结为整体，加强对顶板的支撑作　

竖２０１１年第１１期　张帆等：破碎顶板注水玻璃加固技术　总第１９１期　用。因此，如何进行配比才能取得最佳的凝结效果　就成为了关键技术问题。配比试验数据见表２。　

裹２　（水＋水玻璃）：（水＋水泥）混合配比试验数据　混合液配比　１：ｌ　１：２　１：３　１：４　１：５　１：６　注浆压力／ＭＰａ　０　１　１　２　３　３　凝结时间／ｍｉｎ　１　３　５　ｌ１　１６　２４　注浆效果　差　差　良　良　好　良　

采用１：１、１：２、１：３的浆液配比进行注浆加固　时，由于混合液凝结过快，未待达到预设压力时孔口　已被凝结堵塞，破碎裂隙不能被完全填充，注浆效果　不好。　采用１：４的浆液配比时凝结时间虽然适中，但　压力始终不能达到预设峰值，浆液扩散范围小，效果　不明显；采用１：６的配比时虽然压力可以达到预设　值，但需要较长一段时间，注入的浆液量大，材料较　浪费，效果不佳。　通过对比试验得出１：５的浆液配比最为科学合　理，在适当的时间内即可达到预设压力，且注浆量适　中，可加快巷道扩刷的施工进度，缩短完工时间，确　保工程的安全高效、质量可靠。　４．３注浆方法　注浆前先将水与水玻璃按照１：１的配比盛放在　一个桶内，再将水泥与水也按照１：１的配比盛放在　另一个桶内，施工时采用双吸管双浆液同时注。注　浆时先慢速输送浆液，待孔口有少量渗出凝固后，再　逐渐加快加大输送量；同时，注意观察压力表读数，　注浆压力应控制在３　ＭＰａ左右，待１０—２０　ｍｉｎ浆液　凝结即可。当压力超过３　ＭＰａ时，应逐渐减缓注浆　速度，直至不再升压或返浆，即可停止该孔注浆（注　浆过程中一旦发现跑浆现象较严重时应立即换孔或　停止该孔注浆）。　５　应用效果　采用配比为（水＋水玻璃）：（水＋水泥）＝１：５　的浆液，注浆后破碎煤层均较好地黏合在一起，表面　有大面积的白色浆液扩散渗流痕迹，煤体形成了较　完整的可塑整体，既加强了煤层对顶板的支撑力，又　消除了过巷扩刷时的安全隐患。保证了巷道扩刷施　工安全，提高了生产进度。　

６　结语　采取对顶板破碎煤层注水玻璃加固的措施，大　大提高了煤体的整体性和可塑性，增强了对顶板的　支撑力，有效防止了架棚施工过程中片帮冒顶时落　矸伤人的事故发生。　对煤层裂隙充填水玻璃与水泥的混合浆液，增　加了黏合强度，防止顶板裂隙局部积聚瓦斯造成瓦　斯超限。　

参考文献：　［１］　国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局．煤矿安全　规程［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２０１０．　［２］黄元平．矿井通风［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版杜，２００３．　（责任编辑：秦爱新）　

（上接第７５页）　卸车时除操作人员外其他人员必　须站在平板车上方。　

４存在问题　（１）工作面安装时坡度大，平均坡度为１８。，最　大坡度为３０。，调整液压支架时，不易控制方向，且　下滑力大，作业时存在一定的危险性。　（２）安装时设备向下垫车过程中需要防止跑　车，作业人员需撤到安全地点，影响安装速度。　（３）运输环节多，液压支架在工作面运输２次，　联车次数多，制约安装速度。　（４）由于工作面压力大，工作面安装后的液压　支架顶梁距煤墙侧轨道高度达不到运输要求，需不　断进行落底保证高度，安装速度慢。　５　结语　（１）解决了综采大倾角逆向安装的难题，通过　在上切巷口设“人”字道岔，液压支架运输由下到　上，再由上到下，液压支架自下而上安装，解决了液　压支架在卸车、安装调架防滑的难题。　（２）设备由运输巷进人工作面安装，与回风巷　施工高抽巷、本煤层钻孔同时进行，为生产接替争取　了宝贵时间，为以后综采工作面大倾角安装积累了　经验。　（３）先安装端头支架，增强了支护强度，解决了　上下端头压力大的支护变形严重不好维护的难题。　（责任编辑：秦爱新）　

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