固瑞特GRT201在大采高工作面过异常区

固瑞特GRT201在大采高工作面过异常区加固煤体中的应用一、问题的提出1161（3）大采高工作面下顺槽控制点Y39+2m～Y42段为U型棚支护，处于3#异常区影响范围。此段范围内受FG11和FG12断层影响，巷道上帮煤岩体裂隙发育、顶板破碎、煤壁松软，在人工改U型棚时，顶板易发生抽冒。表1-13#异常区下顺槽揭露断层情况统计表构造名称倾向（°）倾角（°）性质落差（m）对回采影响情况FG1124560正3.2影响大FG1217022正2.0影响较小FG11245°∠60°H=3.2mFG12170°∠22°H=2.0m420m392m1161(3)工作面下顺槽过3#异常区局部剖面示意图当工作面回采至上述范围时，下端头支架顶板上方为破碎煤体，顶帮管理难度极大，在煤机割煤时若发生大范围片帮掉顶，有可能出现下列问题：1、造成通风断面堵塞、瓦斯异常涌出而导致发生瓦斯超限事故；2、顺槽人工假顶与工作面顶板形成极大落差，形成大范围空顶、空帮，造成支架接不上顶板，导致出现咬架、倒架事故；3、造成工作面刮板机压车，人工处理大面积片掉，作业地点安全作业空间小、安全威胁大，职工安全作业得不到保障。4、人工处理大面积片掉，导致工作面长期停产，防煤层自燃发火压力大。二、问题预防方案——沿工作面走向在下顺槽采取超前工作面煤壁对断层影响区内下三角注固瑞特GRT201化学加固材料加固帮顶措施。1、注固瑞特GRT201化学加固材料的施工工艺。①打眼。钻眼方向为煤层倾向方向，布置方式为单排眼布置，每个钻眼布置在巷道顶板下0.4～0.6m处，钻眼孔径φ42mm，钻眼仰角10°～30°，眼间距4～6m，眼深6～8m（根据加固范围进行调整）。打眼示意图巷道顶板巷道底板4～6m10°～30°钻眼下顺槽走向方向巷道底板巷道顶板0.4～0.6m4～6m②埋管。在每个钻眼内埋入：1根快接管+1个封孔器+1～2根导流管，快接管为2m长4分镀锌铁管，导流管为2m长4分铁管（管身带眼）。③注浆。采用高压注浆泵将固瑞特GRT201化学材料A组分与B组分注入钻眼内，A组分与B组分的配合比，体积比1：1，重量比1.22：1。每孔注浆终压瞬时峰值不得超过10Mpa，注浆结束后，换孔注浆。B组分A组分注浆示意图快接管导流管封孔器混合器泵2、注固瑞特GRT201化学加固材料的施工要点。①距离工作面煤壁不得低于4m,注浆过程中，必须安人观察跑浆情况。发现跑浆时，须停止注浆，待浆液凝固后开始缓慢注浆，防止浆液从煤壁大量溢出，造成浪费。②调整好A组分与B组分的配合，确保配比合理，确保注浆效果达到最优化。③坚持打一眼注一眼的原则。三、固瑞特GRT201化学加固材料的加固原理1、固瑞特GRT201反应原理：通过多异氰酸酯中的异氰酸根与硅酸盐溶液里的羟基进行反应生成不溶于水且力学性能优良的固结体。2、固瑞特GRT201对煤岩体的作用机理：网络骨架作用，粘结补强作用，充填压密作用和转变破坏机制共四种作用。①网络骨架作用：在加固施工过程中，化学浆液在泵压及微裂隙毛细管作用下，挤压或渗透到煤岩体的大小裂隙中去，反应固结后，在煤岩体内形成了新的网络骨架结构。化学注浆加固后的煤岩体结构内部充满加固材料形成的浆脉。这些浆脉在煤岩体中呈薄厚不一的片状或条状，但均互相连通形成网状骨架，网络骨架内是密实的煤岩体，形成骨架的加固材料具有良好的韧性、弹粘性和粘结性能。当外载增加时，加固材料发生变形但不破坏，载荷主要由煤岩体来承担。这样整个煤岩体的破坏条件就由原来的裂隙弱面强度条件向接近煤岩体的强度转化。当外载超过煤岩体的强度，煤岩体发生破坏和较大的变形时，加固材料网络将以其良好的韧性和粘结强度性能起到“骨架”作用，限制煤岩体破坏的扩大。从而使煤岩体保持其整体性，并具有较高的残余强度和承载能力。②粘结补强作用：注入煤岩体裂隙中的化学加固材料对裂隙面有很高的粘结力。煤岩体裂隙弱面上的内聚力和抗拉强度几乎为零，经加固后，煤岩体的整体内聚力和抗拉、抗剪强度大大提高。经化学材料加固后，由于煤岩体弱面被牢固地粘结在一起，大大地提高了煤岩体和顶板的整体性。它使原来层状顶板离层后形成的多层梁或裂隙梁转化为组合梁或整体梁，从而提高了直接顶的抗破坏能力。粘结补强作用对防止煤壁片帮的效果更明显。加固材料可将煤壁前方已处于塑性状态的破碎煤岩体粘结在一起，并可适应较大的顶板下沉而保持其粘结力，使煤壁处的煤岩体保持完整并有一定的承载能力。③充填压密作用：浆液在泵压和自身反应形成的膨胀压力的作用下，不但可以将互相连通的煤岩体裂隙充满，同时，由于化学注浆加固材料粘度极低，在压力的作用下，还可将一些充填不到的封闭裂隙和孔隙压缩，从而对煤岩体整体起充填压密作用。这种作用的结果是使煤岩体的弹性模量提高，强度也相应提高。④经过加固后，裂隙内充满加固材料且有一定的膨胀压力，加上材料对裂隙面的粘结作用，会使裂隙端部的应力集中大大削弱或消失，从而使煤岩体的破坏机制发生转变。例如，由原来的裂隙扩展破坏转变为在最大剪应力作用面上的剪切破坏或是在垂直最小主应力方向上发生拉伸破坏等。另外，在煤壁和回采巷道附近煤岩体的破碎是由于处于二向应力状态(裂隙面法向应力为零)，而当裂隙内充满加固材料后，将变为三向应力状态。在受压的情况下，煤岩体在三向应力状态时的强度极限将比在双向或单向时显著增大，并且脆性减弱，塑性增强。因此化学注浆加固也起到了转变破坏机制和增强煤岩体强度的作用。四、效果分析1、浆液数分钟即可固化，4小时即能达到30MPa以上的抗压强度。粘结强度超过3MPa以上。固结体韧性好，压缩20-30%也不脆裂。2、液态状态下，A组分不可燃，B组分属于高闪点、无挥发性材料；反应温度低，固化后具有抗静电，不可燃等特性，安全可靠，对环境以及地下水无污染，环保可靠。3、注固瑞特GRT201后，使作用在顶板上的压力能有效的传递到煤壁，通过对煤壁的加固，又能把载荷有效传递到底板。由于煤壁强度的增大，又能有效减小作用在底板的载荷集中度，从而减小底板岩体的应力，通过对底板的保护，使得在底板、煤壁稳定的情况下又能有效保护顶板的稳定；顶板的稳定不仅取决于顶板载荷，同时也同样取决于底板及煤壁的稳定，因此，注固瑞特GRT201加固的一个重点就是保证煤壁及底板的稳定，从而保证整个悬臂梁结构的稳定。从而扩大了有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力。进而有效的保护了煤壁和顶板。五、总结现场观察注浆加固范围：煤层内向上加固范围为1m～1.7m，向下加固范围不小于3m，左右加固范围2.2m～3.4m。通过注固瑞特GRT201期间的观察表明，此项技术能够很好的控制断层影响范围内松散破碎的煤体，使煤体成一整体，能承受因采动、工作超前压力等带来的不利影响，减小载荷集中度。彻底杜绝了断层影响范围内下三角附近松散煤体的大面积片掉威胁，确保了大采高工作面的快速推进。此项技术为处理类似情况提供了更加有利的理论依据。