－－矿用注浆材料在井东#井顶板加固中的应用

袁建军，谢锦炜

(杭州国电大坝安全工程有限公司，浙江杭州，310030)

作者简介: 袁建军(1988—)，男，河南淮阳人，助理工程师，主要从事化学灌浆及防水材料的研究、开发及应用。

【摘 要】 分析研究了MK－3高分子矿用注浆材料的加固机理，本文针对井东矿业2#井9204辅运顺槽破碎顶板，采用注HK－MK－3注浆技术对巷道进行超前加固，取得了明显的效果，为井下安全生产奠定了基础。

【关键词】 高分子注浆材料; 煤矿; 顶板; 加固

1 前言

朔州井东煤矿2#井9204辅运顺槽全长3360m，于2011年11月底至2012年10月初，先后揭露F26、F25、F20、F27等正断层，其落差分别为1.0～5.5m、1.5～8m、1.0～5.0m、6.0～1.3m，其中F25正断层由下顺槽揭露后向面内延伸，结束于辅运顺槽距切眼681m处，延伸距离136m，影响最大。工作面过四条落差较大断层均由断层上盘向下盘推进。由于断层连续出现，且纵横交错、落差较大、压力集中，底板砂岩坚硬且工作面自然倾角大，大半个工作面钻底(位于煤层底板以下6～9m，120m的全岩段) 等恶劣地质条件影响，导致煤层松散、顶板岩层破碎，断层交叉处出现咬架、倒架现象。采取上网、树脂锚杆加固［1］等措施后未见明显效果，为确保辅运顺槽顺利运行，需要对辅运顺槽顶板进行超前加固，以确保工作面顶板的连续整体性和一致性。

2 加固机理

HK－MK－3矿用注浆加固材料是双组分新型高分子聚合材料，该产品具有粘合力强及优异的力学性能。注入破碎的煤层后，低粘度混合物保持液体状态几秒钟，在一定的注射压力下很快地渗入到细小的裂隙中膨胀凝固，从而有效地加固破碎的顶板煤层，提高煤岩体的整体强度。短时间内其聚合力达到1MPa以上，反应后的固结体抗压强度大于60MPa。在遇到水的情况下混合浆液发泡，产生膨胀，在膨胀力作用下产生二次渗透，高压推力和二次渗透将浆液压入并充满所有裂隙。HK－MK－3粘结力和机械性能极好，易与松散煤体产生高度粘合，低粘度混合物保持液体状态渗入到细小的裂缝，数秒膨胀，从而有效地加固和密封处理区域，提高了松散煤体的整体性和机械性能。HK－MK－3的主要性能指标如表1所示。

表1 HK－MK－3的主要性能指标

3 顶板加固设计

3．1 布孔参数

在垂直辅运顺槽顶板方向布置两排注浆孔，交错布置［2］，按浆液扩散半径4m来确定注浆孔距孔间距5m，孔深6m，根据顶板煤质松软程度适当增加布孔的个数。

3．2 注浆器具及材料

注浆器具及材料有: HK－MK－3矿用加固注浆材料，混合注射枪，2根高压软管，HK－ZBQS－12/10矿用气动双液注浆泵，Y形三通，单向阀，封孔器，搅拌管，钻头，棉纱。

3．3 施工工艺

工艺流程: 钻孔→下注浆管→用高压管连接注射枪和注浆泵→将两根吸管分别放入HK－MK－3材料的A、B组分桶内→开泵注浆→浆液压力5MPa→冲洗机具→停泵拆卸注射枪。

钻孔采用风动凿岩机，孔径为42mm，注浆管2m长4分管。

注浆顺序: 从一侧孔开始注浆，依次向前推进。每孔注浆量根据注浆压力确定，施工时严格控制注浆压力。当注浆压力达到5MPa或者大量漏浆，注入量等于漏浆量时，必须换孔或者停止注浆。若气动泵出现故障时，要在原孔附近重新钻孔注浆。注浆过程中出现漏浆时，采用间歇式注浆。

3．4 单孔注浆结束标准

1)达到设计压力，并稳压1min以上;

2)虽未达到注浆压力，但从其他孔窜浆;

3)注浆过程中发现异常情况及时停泵处理。

4 MK－3加固顶板的优点

1)浆液粘度低，渗透性好，可灌入细微裂隙中;

2)材料遇水后会发生膨胀，具有二次扩散作用，堵水效率高;

3)反应生成的凝胶体具有很高的力学性能，从而达到加固煤(岩)层的目的;

4)浆液无溶剂，无刺激性气味，在矿井等通风不良的场所施工无不良影响。

5 HK－MK－3加固顶板的经济和社会效益

对树脂锚杆和注HK－MK－3联合支护9204辅运顺槽段，与树脂锚杆单一支护9204辅运顺槽段对比观测，采用HK－MK－3注浆加固支护，取得了显著的经济和社会效益。

5．1 安全性

高分子化学加固技术是，浆液注入破碎岩层几十秒钟后，能够对围岩松动圈进行填充，对破碎岩体进行粘结，使之成为整体，提高了围岩的稳定性和抗承压能力。未注HK－MK－3前，9204辅运顺槽断层顶板是破碎的煤岩体，掉顶严重，人工装顶安全威胁大，注HK－MK－3后，顶板状态良好，未发现顶板脱落现象，保证了9204辅运顺槽的安全运行。

5．2 快速性

未注HK－MK－3前，由于掉顶严重，给9204辅运顺槽的安全运行造成极大的干扰，注HK－MK－3结束4h后顶板掉顶情况及时得到有效控制，保证了工作面的正常运行。

5．3 便利性

与其他注浆相比HK－MK－3具有以下优点: a.工艺简单，操作简便，多功能注浆泵体积小，风压作动力源，正常情况下2人(1人观测巷道顶帮，若漏浆用棉纱封堵; 1人更换原料，观察注浆泵的运转情况)即可完成操作; b.注浆前不需要喷浆封闭巷道帮顶。

6 施工效果分析

1)采用HK－MK－3加固技术后，使处理辅运顺槽顶板工程变得简单而有效，处理速度大大加快。

2)由于采用HK－MK－3加固技术，不仅将破碎的煤岩体粘结成一个整体，避免脱落，而且将煤岩体块上的空间进行了填充，不仅起到了一定的支护作用，而且避免了其风化脱落。

3)工艺简单，操作方便。主要表现为: 多功能气动注浆泵的体积小，质量轻，风压作动力，正常操作2个人即可。

4)专用封孔器的设计合理巧妙。封孔器一端有垫片，在开始注浆时，浆液在封孔器内膨胀将封孔器与孔壁密合，继续注浆当注浆压力达到一定值时，垫片冲开，浆液便经注浆管注入岩层，较其他方法封孔简单、省时。

施工效果取样如图1所示。

图1 施工效果照片

7 结语

通过实践证明，采用HK－MK－3矿用加固注浆材料，能有效改变顶板松散结构及机械性能，增强顶板煤层的整体强度，杜绝顶板煤层脱落事故，无论从安全效果，还是从经济效益看，都相对优越于其他加固破碎顶板方法，特别是在沿断层施工、异常破碎带等顶板状态极差的环境下应用，效果更加明显，能为安全生产提供强有力的保障，提高矿井的经济效益。

参考文献

［1］陈炎光，陆士良.中国煤矿巷道围岩控制［M］.徐州: 中国矿业大学出版社，1994: 12－14.

［2］何满潮，孙晓明.中国煤矿软岩巷道工程支护设计与施工指南［M］.北京: 科学出版社，2004: 45－46.