FM-JG新型材料在地质构造带区域的推广应用_黄万相.pdf

2023年第1期新 疆 有 色 金 属FM-JG新型材料在地质构造带区域的推广应用黄万相黎伟明（甘肃靖远煤电股份有限公司生产技术部，甘肃白银 730910）摘要：红会第一煤矿一号井副井1500车场局部区域巷道采用FM-JG安世杰封堵加固材料对巷道进行超前加固。注浆加固后巷道没有明显变形，支护效果良好，扩掘速度加快。关键词：新型材料；断层；封堵加固；破碎围岩；支护1 工程概况红会一矿现生产区域为一号井七采区和南翼井田，一号井副井及副井1500车场承担七采区通风、行人、运输的需要。副井 1500车场巷道顶部以上 02.9m为含砾粗砂岩，再以上2.917.67m为细砂岩，较硬。车场拐弯处以北约 10.0m 处为 F1-2正断层，走向 NW80，倾向NE，倾角76，落差414m，受断层影响，断层带及其附近区域围岩松软破碎。副井1500车场原设计断面为半圆拱形，采用锚网喷+U型钢支架联合支护，目前巷道净宽3.24.0m，净高2.63.0m，现拟对副井1500车场进行全断面挑顶、扩帮，采用锚网喷支护方式，扩掘工程量为73.0m，扩帮深度0.51.1m，挑顶高度0.51.5m，扩掘后巷道净断面面积为16.24m2，净宽4.8m，净高3.9m，拱高2.4m，墙高1.5m。2 施工方案设计2.1 支护方案原计划巷道扩掘采用锚网喷+U型钢支架联合支护。受F1-2正断层影响，扩掘区域围岩松软破碎，局部区域顶空严重，扩掘捣撬原支护巷道浆皮及挖掘上部破碎围岩时，存在顶部一次性大面积抽冒的安全风险，围岩支护难度大，因此，矿采用FM-JG新型材料对扩掘区域进行加固和充填，改善围岩条件，确保施工过程中围岩长期稳定，防止片帮、冒顶。通过使用新材料注浆加固后，采用锚网喷支护方式，不再使用U型钢支架进行支护。2.2 FM-JG封堵加固材料的作用原理FM-JG安世杰封堵加固材料是由有机高分子和改性高分子制备的双组份加固型高分子复合注浆材料。该材料具有很好的机械流动性能和较强的黏合力，反应形成胶状固结体系能将破碎煤（岩）体黏合成为一个整体。应用于巷道高冒及破碎带的充填封堵，可稳定和加固煤矿巷道围岩，防止围岩片帮、冒顶、突水等。其成分除了含有低粘度环氧树脂外，还有胺固化剂、稀释剂和增韧剂等助剂。环氧树脂的环氧基团与胺类固化剂中的酸性物质发生开环反应形成壮大分子（反应放出大量惰性气体和热量，使泡沫体迅速膨胀），从而达到封堵水流并固结松散岩体岩层的目的。浆液为双组独立包装，现场不需要再称量，只需要将A组分和B组分以1:1（体积比）用以气源为动力的双液气动注液泵，通过高压将浆液按1:1的比例混合后喷出，注入到需要地点。2.3 施工工艺流程（1）封堵加固注浆钻孔设计及施工参数a.注浆钻孔的设计依据。根据FM-JG新型封堵加固材料及配套设备性能要求，该新型材料在注入坚硬的煤岩体内扩散半径为1.5m，在围岩较松软破碎区域注射时，扩散半径为1.52.5m。因此，注浆钻孔的终孔位置应选择在巷道轮廓外围4.0m。b.副井 1500 车场岩性主要为细砂岩，层理、节理、裂隙较发育，岩石松软破碎。巷道扩掘断面形状为半圆拱形，注浆孔均垂直巷道岩面进行布置，根据巷道断面大小，在巷道顶板中央布置一个钻孔，两帮距离底板 1.5m 处各布置一个钻孔，中间按孔间距1.5m布置钻孔，每排布置5个钻孔，排间距为3m，1、5号孔仰角15，2、4号孔仰角45，3号孔竖直布置，注浆孔的孔径均为42mm，钻孔孔深为4.0m。c.孔位的标注。严格按注浆孔设计对孔位进行标注。d.打孔。用MQT-130/3.3型气动式顶锚杆钻机，钻头选用42mm的合金钢钻头，钻杆选用长1.0m的DOI:10.16206/ki.65-1136/tg.2023.01.020542023年第1期新 疆 有 色 金 属内六方钻杆打孔，根据注浆孔参数保证注浆孔的深度及角度。如果钻孔钻杆不能拔出或因塌孔不能插注液管时，在钻孔200mm范围重新打孔。e.封堵加固材料采用2ZBQS-12/10气动双液注浆泵压注。一较小的气压便可使注浆缸产生较高的注浆压力，将浆液输送到注液钻孔及岩体裂隙中。为避免浆液从帮部钻孔内窜出，注浆时先对两帮拱部钻孔进行注浆，再进行顶板钻孔的注浆，注浆顺序从下向上。（2）封孔工艺封孔采用42mm的专用封孔器封孔，封孔器深度为13m，下封孔器前必须把钻孔内碎眼及煤粉吹净，防止封孔器与岩壁间挤压不严造成漏浆。（3）注浆工艺a.安设注浆液管。注浆液管选用直径15mm的薄壁钢管，每根1m，用管箍连接，半米为实管，半米为管壁钻孔的花管，最外一端连接快速接头，最里一端扎扁，其它管头套丝（插管时要用冲击式向里顶，不可用锤砸，以免把管弄坏）。b.将注液泵固定好，接好气源（气源压力 0.40.7Mpa），分别将2根吸浆管连好插入A、B料桶内（吸浆管不可混淆使用），两排输排管连在注液枪上，注液枪接输浆管至加固地点。c.注浆。注浆过程中要时常观察出液压力表（额定 输 出 压 力 610Mpa，最 大 工 作 压 力 一 般 不 超10Mpa），各浆液配合比（1:1），泵活塞的运动速度，如吸液比例不对及时进行调整。密切观察注浆区域岩体变化，出现漏料、串浆现象要及时处理。d.达到设计要求后停注。压注加固材料时当孔内压力增加到5Mpa时，应立即停止，不得过量压注，以免注坏顶板。e.更换注浆钻孔，继续进行注浆。换孔注浆时要快捷、迅速，并且拔出注液枪及吸浆液管前稍微停泵送少量单成分液浆冲洗注液枪，防止堵塞。f.注浆结束后要立即用机油清洗（或采用专门的清洁方式）注液泵和附件，防止注浆料凝固堵塞设备。3 支护实践效果检验对巷道帮、顶部注浆提供合理的支护阻力，适应围岩变形，有效保持围岩稳定。通过巷道表面与深部位移观测及现场观察，巷道至今未发生明显变形，表面质量和工程观感大为提高，巷道稳定性增强。（1）浆液固结体的网络骨架作用浆液经挤压或渗透到围岩纵横交错的裂隙中固结后，会在围岩中形成网络骨架结构。当岩体应力超过岩体强度发生较大变化时，固结材料的网络以其良好的韧性和粘接强度起到骨架作用，提高围岩的残余强度，限制围岩破坏的扩展，从而改善维护状况。（2）充填加固作用浆液在泵压的作用下，除了将一些较大的裂隙充填满，还可以将一些充填不到的封闭裂隙和小裂隙压缩，甚至使其闭合，提高围岩的弹性模量和强度。（3）注浆改善锚杆受力状态通过锚杆孔内注浆材料固结体反作用于围岩，阻止其变形，从而在锚固剂、注浆材料与围岩接触面上产生限制围岩变形的剪切力，使得锚杆与围岩形成一个整体，充分发挥锚杆支护作用。（4）形成承载结构通过注浆加固，可以使松散岩体重新胶结成整体，形成承载结构，充分发挥围岩自稳能力。并且利用浆液的渗透和扩散作用，封堵围岩裂隙，可阻止水气侵入内部岩体，防止水害和风化对煤岩体的进一步影响，对保持围岩力学性能，实现长期稳定意义重大。4 结论（1）使用FM-JG新型材料注浆加固后，使得扩修区域生产条件有了较大的改善，确保施工过程中人员在工作面安全稳定空间下作业，从根本上杜绝了片帮、冒顶的发生，具有较好安全效益。（2）通过改善巷道围岩及扩修区域生产条件，确保能够实施正规循环作业，加快了施工进度，使扩掘工期比原计划提前了15天。（3）巷道注浆加固后采用锚网喷支护方式,根据工程结算定额，直接节约资金10.2万元。（4）该段巷道围岩松软破碎及变形严重段达50米，按照原设计方式施工，将面临二次返修。通过巷道表面与深部位移观测及现场观察，巷道至今无明显变形，不需要再进行二次返修，节约了大量人力、物力、财力。（5）该项技术的推广应用，对矿井其他区域类似围岩条件巷道具有很好的推广应用价值，对解决地质构造带区域及淋水区域支护难题具有推广应用意义。收稿：2022-05-0255