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技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)啟“提質(zhì)增效”新引擎

_{-應(yīng)急管理部信息研究院研發(fā)的AJG水泥漿復(fù)合添加劑在亞美大寧動(dòng)壓巷道圍巖加固應(yīng)用成功}

一、礦井概況

山西亞美大寧能源有限公司（以下簡(jiǎn)稱大寧煤礦）華潤(rùn)煤業(yè)（集團(tuán)）有限公司。生產(chǎn)能力4.00Mt/a，井田面積38.8225平方公里，批準(zhǔn)開(kāi)采3號(hào)煤層，開(kāi)采深度由+620m至+360m標(biāo)高，煤層平均可采厚度為4.45m，傾角小于10°，屬于近水平煤層，礦井采用斜井開(kāi)拓方式，混合式通風(fēng)。井田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度為中等，水文地質(zhì)類(lèi)型為中等。煤層不易自燃，煤塵無(wú)爆炸危險(xiǎn)性，屬煤與瓦斯突出礦井。煤層頂板為粉砂巖、泥巖或砂巖，底板為泥巖或粉砂巖。

大寧煤礦布置有1個(gè)綜采工作面、2個(gè)順槽連掘工作面、1個(gè)順槽綜掘工作面和2個(gè)大巷綜掘工作面。采用綜合采用機(jī)械化一次采全高長(zhǎng)壁開(kāi)采，全部垮落法管理頂板，長(zhǎng)壁工作面采用后退式開(kāi)采。

大寧煤礦現(xiàn)回采三〇六工作面。頂板偽頂為含炭泥巖，直接頂為粉砂巖細(xì)粒砂巖粉砂巖夾泥巖，老頂為細(xì)粒砂巖夾中粒砂巖。三0六綜采工作面東部為已回采的三0五工作面，西部為三0七工作面，南部為西區(qū)開(kāi)拓大巷，北部為本礦北部邊界及宇昌煤業(yè)南部邊界。

二、項(xiàng)目背景

大寧煤礦綜采工作面順槽采用三巷布置，分別為01、02、03巷，順槽支護(hù)主要手段采用錨桿（索）+鋼筋梁+金屬網(wǎng)（塑料網(wǎng)）支護(hù)。但隨著西區(qū)開(kāi)采深度的增加，在采動(dòng)應(yīng)力影響和其他因素條件下，單純的強(qiáng)力錨固已難以有效地保障巷道穩(wěn)定，順槽巷道在回采過(guò)程中受動(dòng)壓影響，02、03巷經(jīng)常出現(xiàn)漏頂、片幫和底鼓等動(dòng)壓現(xiàn)象，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。03巷則要服務(wù)下一工作面使用，因此采用補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)進(jìn)行加固支護(hù)，以往都采用擴(kuò)幫、拉底、錨網(wǎng)索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)和架設(shè)木垛支護(hù)等方式進(jìn)行巷道修復(fù)，這樣不僅加大了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率，而且在二次擾動(dòng)作用下，穩(wěn)定性比較差，極易出現(xiàn)冒頂。采用單一錨網(wǎng)索支護(hù)，其剛度較弱，難以控制變形，就會(huì)發(fā)生頂板變形冒落，直至造成巷道破壞，因此，如何控制頂板在二次采動(dòng)影響下巷道圍巖的穩(wěn)定一直是我礦頂板管理難題。

為解決二次采動(dòng)壓力下頂板管控，通過(guò)調(diào)研，計(jì)劃采用注漿工程技術(shù)進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，注漿加固工程技術(shù)是通過(guò)施加一定的壓力將不同種類(lèi)的漿液注入到煤巖體中，漿液注入到煤巖體中后，首先對(duì)煤巖體中的裂縫及裂隙進(jìn)行充填，隨著注漿壓力的加大，漿液在煤巖體逐步進(jìn)行滲透，并對(duì)煤巖體進(jìn)行劈裂，將煤巖體中水分、空氣等進(jìn)行驅(qū)趕，最終隨著漿液的凝固，使破碎的煤巖體形成一個(gè)完整的整體，煤巖體的物理力學(xué)性質(zhì)及完整性得到改善和提高，達(dá)到了煤巖體的整體性、穩(wěn)定性。通過(guò)注漿工程現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期的實(shí)踐證明，針對(duì)破碎煤巖體的加固，注漿技術(shù)是一種方便、快捷、經(jīng)濟(jì)、有效的方法。

水泥類(lèi)漿液注漿一次灌漿不能保證質(zhì)量、注漿周期過(guò)長(zhǎng)等缺陷，為保證水泥類(lèi)注漿材料具有稠漿粘度小、零收縮、微膨脹、固化強(qiáng)度高、漿液穩(wěn)定性好以及合理的液態(tài)和塑態(tài)維持時(shí)間等有利性質(zhì)。經(jīng)調(diào)研，應(yīng)急管理部信息研究院研發(fā)的復(fù)合添加劑加入到水泥類(lèi)漿液中，能夠調(diào)整和改變水泥漿液的物理力學(xué)性質(zhì)，明顯提高水泥類(lèi)漿液圍巖加固截水堵漏、地質(zhì)構(gòu)造治理工程等效果。其漿液具有性能根據(jù)需要能可控調(diào)節(jié)、漿液流動(dòng)性好、液態(tài)及終凝時(shí)間隨意調(diào)節(jié)、顯著保持水灰不分離的穩(wěn)定狀態(tài)、漿液終凝后不析水、可以硬化成等體積的混凝土（零收縮）、漲縮量可小幅度任意調(diào)節(jié)、力學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。

三、工程試驗(yàn)

2020年3月27日完成注漿工程技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目立項(xiàng)，5月27日與應(yīng)急管理部信息研究院完成合同簽訂后擬在綜采三〇六工作面機(jī)尾3503（07-09）順槽巷采用復(fù)合添加劑+水泥漿液進(jìn)行注漿工程技術(shù)的工業(yè)試驗(yàn)開(kāi)始試驗(yàn)。

1、注漿試驗(yàn)方案

對(duì)試驗(yàn)注漿段3503（07-09）巷道頂幫進(jìn)行表層噴漿封閉，噴層厚度不小于100mm，混凝土標(biāo)號(hào)C20，作用是對(duì)巷道煤巖裂隙進(jìn)行全部封堵，防止漏漿，為后續(xù)的注漿工作奠定基礎(chǔ)。

在3503巷頂板、兩幫施工注漿孔，孔深6m，鉆孔沿巷道斷面幫頂成排布置。頂板孔間距1750mm，每排布置3個(gè)；兩幫孔間距1500mm，兩幫每排各3個(gè)孔，注漿孔排距3000mm。預(yù)計(jì)總孔數(shù)約400個(gè)（見(jiàn)圖2）

圖2：注漿加固孔布置示意圖

2、注漿效果

3503（07-09）注漿工業(yè)試驗(yàn)共計(jì)施工336個(gè)孔（鉆孔進(jìn)尺2016米），共計(jì)注漿量110.75噸、添加劑11.2噸。其中單個(gè)最大注漿量：水泥4.85噸、添加劑0.5噸，單個(gè)最小注漿量：水泥150Kg、添加劑10Kg；綜采推進(jìn)此區(qū)域，兩幫位移量在130-508mm，頂板下沉量在215-400mm，底鼓量在371-700mm（見(jiàn)表1）。3503（07-09）巷道注漿后，效果明顯（注漿前后對(duì)比見(jiàn)圖3），巷道變形量在可控范圍內(nèi)，確保了支護(hù)安全可靠，順利回采。

                未注漿回采后的巷道                   注漿試驗(yàn)后回采時(shí)巷道

注漿過(guò)程中暴露出許多問(wèn)題，攪拌設(shè)備落后，水泥漿液符合添加劑攪拌困難，氣動(dòng)注漿泵壓力不足以及封孔器加工操作程序繁雜影響施工進(jìn)度。針對(duì)存在問(wèn)題，我礦考察調(diào)研采購(gòu)先進(jìn)的電動(dòng)注漿、攪拌設(shè)備，現(xiàn)已到礦投入使用，提高施工效率。

四、試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)證明，水泥+復(fù)合添加劑注漿加固技術(shù)是解決這一問(wèn)題的有效手段，它不僅能將受采動(dòng)壓力影響下裂隙發(fā)育的破碎巖體固結(jié)成為完整性較好的煤巖體，使頂幫位移處于可控范圍，可有效地防止片幫冒頂事故的發(fā)生，水泥+復(fù)合添加劑注漿加固技術(shù)對(duì)我礦的安全生產(chǎn)是十分必要的，可減少巷道重復(fù)修復(fù)次數(shù)，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

此項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)已在三〇六采面3#異常區(qū)及二〇四采面2403巷推廣應(yīng)用。

技術(shù)負(fù)責(zé)人：15313205717