马丽散在娘穆特煤矿大管棚超前加固中的应用

马丽散在娘穆特煤矿大管棚超前加固中的应用2013年一、工程概况娘姆特煤矿风井、主井井筒工程设计坡度为-25°，主井井筒断面形状为马蹄形。平巷施工支护方式为12cm厚锚网喷（含25U型钢支架），巷道荒断面全高5.2m（含8cm预留沉降）；净断面全高5.0m，掘进荒断面积23.9m2，净断面面积：22.3m2。影响本巷道工程的断层主要有F8、F16和F20。F8逆断层位于南翼煤20层露头附近，有时切割煤层露头。走向北西，倾向北东，倾角一般为62°，断距在250—500m。而且局部地方断层裂隙较大，断层裂缝中混有煤层和岩石。F16为F8的分支逆断层，走向近东西，倾角为58°～75°，断距在200—335m之间，西起31线，东至27线附近，全长2.9km。F16对本井田影响最大，将井田内西翼的煤层分上、下两块，而将下部煤层夹在F8与F16断层之间，造成煤层的破碎，并使顶、底板压力增加，给今后开采带来一定的困难。娘姆特煤矿风井施工已通过井田永冻层，井筒在掘进至胶泥段时，在拱顶左侧方位发生冒顶，拱顶坍塌，坍塌体冲垮已架设完成的5榀钢拱架，冲入砌碹已完工段，填满了井筒整个空间。根据地质资料及现场情况分析，本段位于F8断层带与煤层的交汇处，在巷道拱顶上方可能存在流塑性的冻融层，地质情况异常复杂。同时暴露体在短时间内极易水化，迅速失去自稳能力，形成流塑体造成坍塌，进而引发拱顶上方的冻融物涌出。在清理冒落区坍塌体时，又连续发生两次塌方，坍塌体不断自塌穴处涌出，据此判断冒落区存在补给源。根据地质资料及现场情况分析，本段位于F8断层带与煤层的交汇处，在巷道拱顶上方可能存在流塑性的冻融层，地质情况异常复杂。同时暴露体在短时间内极易水化，迅速失去自稳能力，形成流塑体造成坍塌，进而引发拱顶上方的冻融物涌出。经过综合分析，项目部决定另掘一条巷道，在掘进到77米时，超前探空钻钻进25米时遇到了断层，1#钻孔停止钻进，施工2#、3#钻孔分别钻进了25米，25.2米遇到了断层，打好探孔后分别对其进行了封堵，目前探明了有少量水，探明了新断层位置，为下一步的管棚帷幕施工提供了准确资料。经过煤业公司同意，掘进至86米处停止施工。二、技术方案探明了断层位置大约位于102米处，决定在+3670石门再向前施工至86米处停止掘进，然后扩刷巷道施作管棚操作硐室，硐室施工是在原来现有巷道的基础上，加宽2400mm，加高1200mm。长度8米，前方至少预留8米岩层。施工第一道钻孔距巷道掘进断面（4600×3500）轮廓线顶部为300mm，两帮为300mm，环向净间距为200mm，长度为20—25米，角度方向沿巷道方向+2度，角度允许偏差在±0.5度范围以内。第一道钻孔施工完毕后，在第一道钻孔的上部，施工第二道钻孔，第二道钻孔沿巷道方向+2度施工，环向净间距为200mm，长度为20—25米，与第一道钻孔交错布置。施工过程中，现场技术人员严格按照方案制定的角度和间距提前按中腰线画轮廓，布置钻孔位置及标定钻孔方位、角度，并编号。施工队按期标定位置严格施工，一空一档，如出现钻孔间距过大或者钻孔位置出现错位，应加孔补密。三、注浆操作硐室施工1、从目前的86米处就开始逐步扩挖注浆操作硐室，操作硐室长度为7米。2、注浆操作硐室采用锚网加钢带喷浆支护，底板进行混凝土浇筑。锚杆间距为800×800mm。采用20mm×2000mm的等强锚杆，钢带采用22mm螺纹钢加工而成，钢筋采用6.5mm的100mm×100mm网距。喷浆厚度150mm，强度C20。四、注浆大管棚钻孔1、采用定制的2台100型潜孔钻机，采用110mm钻头及相对应的冲击器，配用50mm高强度中空钻杆。2、根据中线、腰线稳定好钻机后要加固牢靠，根据设计好的钻孔的方位及角度，将根据中腰线采用全站仪进行放线，每800mm间距放置三条偏中线，并在钻机上做好校准位置，一边好好的进行钻进过程中的校准及调整。3、钻孔钻好后，马上把加工好的注浆管顺着孔位放置好，如果在放置过程中有踏孔现象，马上用边帮式锚固钻机进行推进，注浆管的放置不得低于8米，放置好注浆管后，马上进行封孔，争取在最短时间内进行注浆。4、在注浆的同时另外一台钻机工作，依次循环作业，在最短时间内完成钻孔注浆。5、关键点在于每钻好一个孔后，一定要先注浆，这样才能不破坏断层煤层的整体性。，同时在最短时间内封孔，有效防止断层面的水从钻孔中流出。6、为了防止高强度中空钻杆堵塞情况的发生，高压空压机的正常工作是非常关键的。7、如果钻机在出现喷孔现象时，应立即停止所有钻孔工作，严禁让其释放压力，准备好注浆管，立即进行埋设并注浆。注浆完成后再改变钻孔位置，再次钻孔注浆。五、注浆我们根据现场情况，要想达到理想的加固效果，我们需要选用渗透性好，强度高，粘结力强的注浆产品。传统注浆工艺与一般采用水泥单液或水泥水玻璃双液注浆，其材料为颗粒状，无法渗透岩层内微小的裂隙；其次凝固时间长，注浆压力小，扩散范围小，凝固后会产生缩水空隙;且水泥注浆的材料为脆性材料，应力变化时，会产生新的破碎。在比较了传统注浆材料水泥水玻璃和马丽散这这种新型注浆材料后，我们选择了新型注浆材料马丽散。马丽散浆液是一种优质注浆材料，流动性好，可注性强。具有阻燃性，无腐蚀性，对环境友好，施工时无刺激性气味；性能稳定，不老化收缩，其聚合物柔韧性好，强度高。通过注射马丽散对巷道断层进行加固处理后，能使巷道断层变成一个整体，可达到我们对断层加固的目的。在前期注浆实验中发现，由于煤矿处于低气压地带，环境温度低等因素导致启动注浆泵不能有效的工作，为了能够更好的使注浆泵工作，我们采取了保证风压及风量，必要时增加环境温度等措施。配备了经验丰富的注浆人员，能够掌控注浆过程，保证注浆效果。浆液配比确定后，化学反应时间将决定注浆是否成功的关键，前期我们做了大量实验，根据实验，在零下5度的环境下，材料的化学反应时间能够延长到7-10分钟，这样就能够给浆液充分的流动时间，使其能够充满钻孔，并达到一定的压力。实验数据温度-5℃0℃5℃10℃20℃开始反应时间（s）54039031021090结束反应时间（s）600450350240140反应最高温度（℃）127130131133135膨胀倍数1.21.21.11.11.1抗压强度（Mpa）5255576060粘结强度（Mpa）4.24.34.54.54.5氧指数（%）27.527.527.527.527.5阻燃型符合MT113符合MT113符合MT113符合MT113符合MT113以上数据为实验室测得，产品批号：树脂2013030201/催化剂2013020201,如果煤岩体内有水渗出，注浆过程中材料与水接触，发泡倍数会变大，材料强度应无变化，该情况下，保证混合效果和材料比例，不会影响施工质量。注浆采取打一孔注一孔的方案，钻孔完毕后立即进行注浆施工。钻孔要一次成孔，钻孔完成后，及时穿入我们的注浆管，并进行封孔作业。注浆达到一定压力后，再利用钻杆往里处注浆，让浆液充满所有钻孔，并达到一定压力。由于钻孔孔径相对较大，封孔就需要采用相应数量的棉纱进行封堵。根据我们的注浆压力要求，我们的封孔长度一般为3米，使用棉纱沾马丽散进行封孔，由于现场温度相对比较低，只有摄氏1-5度，马丽散材料反映比较慢，我们在进行完封孔作业后，需要等待15-20分钟后开始注浆操作，目的是使马丽散材料完全反映并硬化，更好的起到封孔的作用。每孔的注浆工作分为两个部分，一部分是通过钻杆进行注浆，使浆液充满整根钻杆并尽可能的在注浆管前端扩散，完成以后再通过我们穿入的注浆管注浆，让马丽散浆液沿钻孔扩散，所有的钻孔注完以后形成一个帷幕结构，为巷道掘进提供一个安全保护。在钻孔注浆过程中发现，通过钻杆注浆时注浆量一般不是很大，钻杆平均注浆量在3-4桶，通过我们外穿的注浆管的注浆量平均在10-12桶，分析认为，一是钻杆的出浆口只有钻头上的两个，也容易被粉尘堵塞，二是浆液需要的运动距离长，加快了浆液的反应时间，影响到浆液的扩散范围。根据以上分析，我们调整了注浆的顺序，确定以注浆管注浆为主，钻杆注浆为辅的方案。同时我们将钻孔长度有开始时的20米延长到25米，扩大了管棚帷幕的支护范围。六、效果经两轮的钻孔注浆加固后巷道开始掘进，为了不对加固的帷幕造成影响，在掘进过程中要求施工队采取不放炮，使用风镐掘进。遵循少进尺，多循环，及时支护的方针，最大程度减小外力对断层的影响，经过努力，巷道顺利进入到煤层后，没有出现顶板冒落、涌水等现象。经过努力巷道顺利通过了断层带，整个加固效果取得令人满意的效果，达到预期目的。七、结论马丽散新型注浆材料可以有效的在煤泥岩中扩散，进而改变围岩的松散结构，提高煤岩体之间的粘结力和内摩擦角，同时可封闭裂隙，阻止水对岩体的侵蚀，在石门揭煤和巷道穿越断层的过程中有非常好的效果。马丽散注浆操作简单，方便，实用性强，对高原煤矿的开采会有很大帮助。