内蒙古不连沟煤矿F6103工作面切眼化学注浆加固施工技术方案

内蒙古不连沟煤矿F6103工作面切眼化学注浆加固施工技术方案济宁浩珂矿业工程设备有限公司JiningHockMiningEngineering&EquipmentCo.,Ltd内蒙古不连沟F6103注浆加固施工技术方案目录第一部分工程概况及控制思路........................................3一、概述...................................................................................................................................3二、顶板注浆加固治理目的及预期效果：...........................................................................3第二部分高分子化学加固材料和工艺..................................5一、各项技术内容及指标.......................................................................................................5二、马丽散浆液工程应用典型特性.......................................................................................6三、工艺技术介绍...................................................................................................................7第三部分化学注浆加固与结构补强实施方案与措施......................13一注浆加固施工方案...........................................................................................................13二、工程材料预算.................................................................................................................16三、钻孔、注浆安全措施.....................................................................................................17内蒙古不连沟F6103注浆加固施工技术方案--第3页--第一部分工程概况及控制思路一、概述F6103工作面长245m，设计切眼宽度为9.2m，高3.8m，先开5.5m后再扩3.7m至设计宽度。6#煤为黑褐色，弱沥青光泽以暗煤为主参差状断口间夹少量亮煤条带属暗淡型煤局部为条带状结构块状构造局部有黄铁矿富集层，平均厚度为16m,采用放顶煤方式回采。在掘进过程中，由于受断层影响，顶板整体性破坏，容易发生片帮冒顶现象严重，影响施工安全。现欲通过注浆方式加强切眼顶板，将顶部酥散围岩体重新固化为一个整体，提高煤体整体的承载力，增强煤体抗压强度，防止冒顶事故。围岩注浆加固是利用浆液把围岩的各种弱面充实，并把弱面充填体和四周岩体重新胶结起来，从而提高围岩的整体稳定性及其力学性能，改善围岩的物理性能。实践证明，围岩注浆加固是一种改善围岩结构及其力学性质、提高围岩自承能力、降低支护成本、改善巷道支护效果的有效方法。二、顶板注浆加固治理目的及预期效果：通过顶板注浆，提供合理的支护阻力，适应围岩变形，有效保持围岩稳定。其综合效果表现在以下六个方面：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。浆液固结体呈薄厚不一的片状或条状，几乎可相互连通形成网络骨架，马丽散化学材料和煤体的固结体具有良好的韧性和粘结性，当外载增加时，固化材料发生变形但不破坏，载荷主要由强度较高的煤岩体承担，这样围岩的破坏条件由原来的裂隙弱面强度条件向接近煤体强度条件转化。当煤体应力超过煤体强度发生较大变形时，固结材料的网络以其良好的韧性和粘结强度起到骨架作用，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）充填压密及转变围岩破坏机制的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。经过注浆固化后，裂隙内充满固结材料，加上固结材料对裂隙面的粘结作用，内蒙古不连沟F6103注浆加固施工技术方案--第4页--使裂隙端部的应力集中大大削弱或消失，从而使围岩的破坏机制发生转变。另外，当围岩中存在较大的裂隙，裂隙附近的岩体处于二向应力状态，当裂隙内充满固化材料或压密后，将变为三向应力状态，而岩体在三向应力状态时的强度比二向时显著增大，并且脆性减弱、塑性增强。从受力状态来看，注浆固化也起到了转变岩体破坏机制和提高围岩强度的作用。3）注浆改善锚杆受力状态注浆通过浆液渗透、压入等作用使得现有支护中形式中的端锚式锚杆转变为全长锚固或加长锚固长度，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应力，使得锚杆与围岩形成一个整体，充分发挥锚杆支护作用。4)提高围岩体强度通过注浆,能够改变弱面的力学性能,即提高裂隙与煤岩体之间的粘聚力和内摩擦角,增大岩体内部块间相对位移的阻力,从而提高顶板岩体的整体稳定性。5)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,充分发挥围岩的自稳能力。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。内蒙古不连沟F6103注浆加固施工技术方案--第5页--第二部分高分子化学加固材料和工艺高分子化学加固材料——马丽散是由两种组分组成（树脂和催化剂）的高分子化学产品，用于煤岩体的加固。产品的高度粘合力和良好的机械性能与煤岩体产生高度粘合，良好的柔韧性可以承受地层压力的长期作用，并且具有强抗渗性能、抗磨、抗冲击性能和抗老化性能，从而达到长久稳固煤岩体的目的。材料在注入到煤岩体裂隙中后，低粘度的混合物可以保持几秒到一分钟左右的液体状态，在扩散一定范围后反应结束，在煤岩体裂缝内反应、硬化，与煤岩体胶结，达到快速加固煤岩体的目的。对于普通煤岩体加固剂，尤其是水泥基材料主要依靠泵压作用下的浓度渗透压力差机理来进行渗透的。而马丽散最大优点是能够发生膨胀，产生浆液在煤岩体裂隙中的二次渗透压力，其膨胀倍数可达到原体积的1.5～2.5倍。因此，其不仅依靠泵压作用的浓度压力差进行渗透，而且依靠材料本身的膨胀特性产生自身的二次渗透，使得浆液向四周扩散，这样浆液的扩散范围和充填密实度要比普通材料高出数倍。材料的使用需要一台双液注浆泵和一支混合枪。可以在干燥或潮湿的环境中使用，受环境的影响较小。一、各项技术内容及指标马丽散反应前材料常温下为纯液态，具有良好的渗透性，可渗透到微小的裂隙中，反应时间短，快速固结并达到需要强度，反应过程中放热量低；固化物强度高，强粘结性能保证与岩层的高度粘合，良好的柔韧性可以承受地层压力的长期作用；并且具有强抗渗性能、抗磨、抗冲击性能和抗老化性能，从而达到长久稳固岩体的目的。马丽散N技术参数如下:马丽散N双组分浆液性能序号项目浆液性能树脂催化剂1外观无色透明液体深棕色油状液体2浆液密度/g/cm31.010～1.0401.220～1.2403初始粘度/mPa·s130～260240～3594混合体积比115反应开始时间（20℃）S65～906反应结束时间（20℃）S110～150内蒙古不连沟F6103注浆加固施工技术方案--第6页--马丽散N固化物性能序号项目固化物性能1抗压强度/MPa≥602抗拉强度/MPa≥353拉伸剪切强度/MPa≥124粘结强度/MPa≥4.55膨胀倍数≥1.2～2.56反应温度/℃≤140注：固化物性能的测定试龄期为24小时二、马丽散浆液工程应用典型特性1）均质围岩注浆后柔性网络骨架作用浆液通过注浆扩散，在均质围岩裂隙中，枝状浆脉相互交叉形成的柔韧性网状结构。增加了岩体的整体结构和承载能力。2）遇水膨胀二次渗透和增阻粘滞作用对于普通注浆材料，尤其是水泥基材料主要依靠泵压作用下的浓度渗透压力差机理来进行渗透的。而聚亚胶酯材料---马丽散最大优点是能够发生膨胀，产生浆液在裂隙中的二次渗透压力，不遇水情况下具有1.2～2.5左右的膨胀倍数，其遇水膨胀倍数可达到原体积的10～20倍。因此，其不仅依靠泵压作用的浓度压力差进行渗透，而且依靠材料本身的膨胀特性产生自身的二次渗透，使得浆液向内蒙古不连沟F6103注浆加固施工技术方案--第7页--四周扩散，这样浆液的扩散范围和充填密实度要比普通材料高出数倍。普通浆液和化学浆液裂隙渗透情况示意水泥类浆液只能对主裂隙通道进行注浆封堵，而高分子化学浆液其能够对次生裂隙通过进行封堵，依靠的主要是材料的扩散性能和二次渗透压力。浆液别注入到围岩裂隙后，产生二次膨胀，形成了二次渗透压力，浆液被挤压人次生裂隙通道，保证了材料的良好扩散和渗透效果。其次，材料的遇水膨胀二次渗透过程中，浆液在10秒内粘度增加情况，可以从100mPa.s增加到5000mPa.s。粘度增大，使得浆液的挂壁、粘滞和抗冲刷能力大大增强。三、工艺技术介绍高分子化学注浆加固技术是一项具有很强实用性且应用范围广的工程技术，其利用液压、气压原理，把高分子化学浆液均匀地注入到具有孔隙、裂隙、节理等软弱结构的煤岩体中，浆液以填充、渗透和挤密等方式，将煤岩体胶结成一个整体，使得煤岩体形成强度高、抗渗性能好、稳定性高的新结构体，从而改善煤岩体的物理力学性质，提高其整体性和强度。经过多年的实践，高分子化学煤岩体加固材料成了现代煤矿工程颇具特色，且不可或缺的一项先进技术。下面从设备、配件和工艺工法等方面对马丽散化学注浆工艺进行详细描述：1）双组份化学注浆泵------气动注浆泵（ZQBS-8.4/12.5）气动注浆泵由气动马达下方带动三个活塞，工作时吸料管分别插到两种液体料桶中，活塞泵通过吸排料管抽运双组份材料的两种液体介质。两种液体压送比例为1：1，并且利用三个活塞截面积的不同和不同的组合实现不同的注射比例。两种液体分别通过高压软管压送到双液注射混合枪里混合，混合物通过注射管送到目的位置。气动双液化学注浆泵是一种中压气动注浆泵，为往复直喷式，活塞往复作内蒙古不连沟F6103注浆加固施工技术方案--第8页--功，无空行程。主要用于化学浆液、油、水等介质的单液浆或双液浆的注浆，可同时注3种不同的浆液。双液注浆时可获得3种不同的混合比。主要用于矿井、隧道、水利、地铁、建筑、桥梁施工中的加固堵水和充填密闭施工。主要技术规格与技术要求混合比1：1，4：1，2：1流量/L*min-18.4工作行程/mm120往复频率/次，min-170耗气量/m3*min-12额定压力/MPa12.5最大出口压力/MPa21双液化学注浆泵注浆时将行程与回程的注浆量设计为相等，以便注浆时流量均匀，注浆缸在往复运动过程中负荷相等，运动平稳，冲击振动小。双液注浆泵主要由气动控制阀、气缸、注浆缸等几部分组成。工作原理如图7所示。采用压缩空气做动力。图7双液注浆泵工作原理图与实物图工作时压缩空气经进气开关首先进入差动阀的小腔，气动控制阀左位工作，压缩空气进入气缸活塞的上腔，由于下腔与大气相通，气缸活塞向下移动，并带动注浆缸运动，到达行程终点，下行程开关打开，压缩空气进入差动阀的下腔，气动控制阀右位工作，压缩空气进入气缸活塞的下腔，上腔与大气相