煤矿巷道壁后注浆施工工艺

煤矿巷道壁后注浆施工工艺

1淋水治理工程20世纪50年代至60年代，在晋普山煤矿运输平舆挖掘了一条完整的岩石道路，截面为三心弧（矩形和弧形），宽约4.5m，高约2.3m。支护采用混凝土砌碹,厚约30cm。施工时因混凝土和顶板接触不紧密及连接缝未妥善处理,导致顶板岩石裂隙水和地表积水从混凝土接缝处渗出淋水。出水层位为地表含水,受雨季降水影响较大,尤其到冬季时大巷淋水结冰,不但给行人带来不便,而且当车辆通行时,也会给行人造成安全隐患,因此,晋普山矿需对巷道淋水进行治理。据现场分析要进行巷道堵水处理的巷道工程长约450m。其中渗水、淋水严重,冬季结冰段长150m左右。根据现场情况制定了注浆封堵方案,包括施工工艺,封堵材料和注浆方法均进行了改进,通过本次注浆封堵,治水后总剩余出水量不影响安全生产,实现冬季巷道不结冰、不挂冰,消除了安全隐患。1.1工作断面帮煤壁和破碎顶板的力学作用采用高分子化学材料对煤岩体进行注浆加固与堵漏是我国煤炭行业中的一项新技术。加固主要用于(超前)加固巷道或工作面片帮煤壁和破碎顶板,通过特殊的化学作用,提高那些由于受到采动压力影响彼此失去内聚力的岩块之间的相互摩擦连接作用,阻止较大岩块从岩块砌体梁中跨落下来,从而保证工作面顶板的完整性和稳定性;堵漏主要用于巷道或密闭的裂隙、空洞的漏风、漏水及防治瓦斯工作,从而达到通风、排水系统的合理、高效运转,保证整个矿井的安全生产。1.2煤岩体的生物利用技术新型有机高分子材料固特珑化学浆液由体积相等的A、B两种有机高分子原料组成,当采用专用的压注设备将A、B两种化学原料等量压注到破碎煤岩体后,经充分混合便发生一系列复杂的化学反应,生成对煤岩体具有较高粘结性的有机弹性体,人为地改善了松软破碎煤岩体的物理力学性能,有机弹性体在破碎煤岩体内膨胀、渗透、充满整个裂隙面形成网络骨架,把松散的煤岩体粘结到一起,起到补强加固和充填密实作用,浆液充填所有的裂隙后,完全封堵漏风、漏水裂隙,达到封堵涌水通道、加固巷道围岩、防治瓦斯积聚、促进安全生产的目的。2封锁方案2.1有机高分子化学材料注浆以气动注浆泵为动力,井壁围岩钻孔安装注浆管,利用有机高分子化学材料固特珑的膨胀性、极强渗透性和耐腐蚀性进行注浆充填,疏导、封堵导水裂隙,达到杜绝涌水、淋水全断面到处乱流、乱渗的目的。2.2双液浆注浆加固巷道以电动液压注浆泵为动力,井壁围岩深部钻孔安装注浆管,利用水泥、水玻璃双液浆进行注浆封堵导水裂隙,达到永久堵水和加固巷道的目的。钻孔方位以沿裂隙面钻进为原则,注浆以裂隙内高压注浆为手段,实施壁后高压注浆堵水。2.3剩余体积处理深部裂隙钻孔导水,安装导水管,将剩余水量通过导水管导到巷道一侧水沟,杜绝顶板淋水。3有机发泡化学浆注浆注浆材料选用复合水泥浆材和高性能化学浆材。复合水泥浆材是在425#普硅水泥、水玻璃双液浆中加入一定比例的FGN加固补强型注浆添加剂,以增强浆液渗透性、提高固结体强度和稳定性,如单纯采用水泥浆充填冒落区,则会在顶板形成几十吨重的游离体,对碹体产生应力集中,埋下隐患。采用轻质高强的有机发泡化学浆——固特珑进行注浆充填与加固,可与围岩有机地胶结为整体,且胶结体有一定的可缩性,使压力均衡作用于巷道深部围岩上。水泥注浆材料选择425#普通硅酸盐水泥、水玻璃双液浆。其配比如下:水泥浆液水灰比应控制在(0.7～0.9)∶1之间;水玻璃浓度一般应为30～40Be;水泥浆与水玻璃之比应控制在1∶(0.1～0.3);水泥与特种添加剂之间的比例应根据现场实际情况随时调整,一般宜控制在1∶(0.003～0.01);固特珑化学浆为专用注浆泵按比例1∶1压注施工,不需要调整。固特珑堵水材料是一种高分子聚合物,具有较好的膨胀性和渗透性,与煤岩体均有较高的粘合力,在压力作用下可渗透到微裂隙之中,混合后反应膨胀凝固,形成致密的网络骨架体,对破碎煤岩体裂隙起到有效的封堵、固结作用,达到堵水、加固的目的。4化学注浆和水泥注浆钻孔采用风钻或液压锚杆钻机打眼,并配备相应长度的钻杆实施一次钻孔。化学注浆采用QB6C型气动高压双液化学注浆泵,水泥注浆采用ZBY3/7-11型电动注浆泵。QB6C型气动注浆泵和ZBY3/7-11型电动注浆泵主要性能参数如表1、2所示。5防止水中断5.1锚点注浆孔根据出水点巷壁煤岩体的具体特点和壁后注浆堵水施工工艺,设计采用深孔与浅孔相结合交错布置方案。不仅能封堵壁后裂隙,更能封堵围岩松动圈的导水通道和裂隙,设计点式注浆孔,深孔孔深6～8m,浅孔孔深1.0～1.5m,深孔封孔固管段长2m,钻孔直径42mm,间排距2～4m。以出水点四周布孔为重点,根据现场注浆量及跑漏浆情况,对注浆管密度、深度和角度随时进行调整,钻孔布置示意图如图1所示。5.2注浆终孔压力及扩散半径控制根据出水点巷壁煤岩体的具体特点和壁后注浆堵水施工工艺,结合煤层最小抵抗面及碹体围岩条件,当巷道管路压风供风风量不低于3m3/min、供风压力不低于0.5MPa时,设计注浆终孔压力控制在2～4MPa,扩散半径控制在0.7～1.1m。5.3平均重复注浆系数单孔按下列公式计算注浆量:式中,Q单为单孔注浆量,kg;A为浆液的损耗系数,取1.05;R为浆液有效扩散半径,取1.0m;H为注浆段长度,取8m;n为孔隙率,取0.9%;B为浆液充填系数,取0.8;1.2为平均重复注浆系数;M为浆液密度,取1100kg/m3。结合现场实际和经验,单孔水泥注浆量按1.6t计算,每排布置5个孔,100m巷道合计布置约160个注浆孔,约需水泥260t。水玻璃按7%计算,需要20t;化学浆单孔注浆量按60kg计算,合计布置约80个注浆孔,约需固特珑材料5t。5.4孔隙率的检查注浆工艺流程示意图如图2所示。施工工艺:标孔→钻孔→检查钻孔质量→安装注浆管及封孔部件→封孔→准备浆液→开泵注浆→凝固→检