罗克休泡沫处理大冒高巷道顶板事故

赵文华,王 毅,吴国强,柴 敬,李 毅

(1.宁夏煤业集团有限责任公司红柳煤矿筹建处,宁夏灵武 751404;2.西安科技大学能源学院,西安 710054)

罗克休泡沫处理大冒高巷道顶板事故

赵文华1,2,王 毅2,吴国强1,柴 敬2,李 毅2

(1.宁夏煤业集团有限责任公司红柳煤矿筹建处,宁夏灵武 751404;2.西安科技大学能源学院,西安 710054)

为了及时有效地处理复杂地质条件下巷道的冒顶事故,确保不影响矿井正常生产和巷道外观形状,结合工程实例,介绍利用罗克休泡沫材料的高速成形、高膨胀率,实现了大冒高巷道冒顶事故分 3次快速充填的施工工艺和过程,并对罗克休泡沫充填冒顶区的注意事项进行了分析。

罗克休泡沫;大冒高;快速充填

1 工程概况

2009年 4月 16日,西北地区某煤矿首采工作面回风巷发生局部冒顶事故。该工作面回风巷沿 2号煤层顶板掘进,巷道为平顶圆弧矩形断面,净宽5.0m,高度 3.8m,采用锚 (索)网梁联合支护方式。锚 (索)网主要支护参数为：顶锚杆 φ20mm×2500mm左旋螺纹钢筋,帮锚杆为无肋端头锚杆,锚杆间排距 800mm×800mm,矩形布置;锚索采用 φ17.8mm×6000mm钢绞线,间排距2400mm×2400mm。对局部顶板破碎段,采用锚索支护进行补充,要求顶板破碎段沿巷道中线增补一排点锚索,间距 2.4m,形成五花布置。冒顶段位于该巷道开口向下 705～713m处,此处是回风巷倒车硐室,断面为净宽 7.0m,净高 3.5m,硐室口设 2.0m×2.0m的斜坡。4月 16日初次冒落高度为顶板以上 3.5～4.0m,4月 17日,二次冒落最大高度为顶板以上 7.1m,冒落体的宽度 6.2m,长度同倒车硐室的长度,冒落体积约 220m3。冒落巷道位置及冒落体情况如图 1所示。

图1 工作面回风巷冒顶位置及冒落体

经分析,冒顶段煤层伪顶为炭质泥岩,厚度0.06～0.14m,平均 0.1m;直接顶为泥质细砂岩,厚度 1.58～7.35m,平均 5.92m;基本顶为粗砂岩,多为富水性弱 -中等,遇水冲击呈松散状,平均厚度 22.8m,基本顶粗砂岩是影响本井田的主要含水层。由于冒顶段直接顶细砂岩厚度变薄,锚索端部 (锚索用 φ17.8mm钢绞线,长度 6m)已锚入粗砂岩内,导致基本顶粗砂岩的水通过锚索孔进入直接顶和伪顶,致使直接顶、伪顶遇水膨胀,拉断锚索,形成冒落。

2 冒顶处理方法

目前,对冒落巷道的加固方法主要有：注浆加固法;锚索加固法;喷注法;锚网梁喷注联合支护法;安设木垛法。这些方法的优点是可节约支护材料,支护费用小;其缺点是事故处理速度慢,处理过程中人员安全性低,巷道在造型上还保留冒落后的原状,在视觉上给人一种不安全的感觉,而且如果巷道再次冒落,其危害依然很大,不能永久控制其冒落[1]。

本次冒顶体积较大,冒落处不稳定,有继续冒落的趋势 (冒高已增加至 7.1m),而且在地下水作用下不能自稳。根据现场情况分析,原有采用的锚网、托钩梁木棚、木垛等处理冒顶的方法已不能安全、快速的处理该段冒顶。采用罗克休泡沫充填冒顶区,人员可不进入冒顶区域操作,有利于安全施工;能阻止冒顶区围岩继续风化、泥化,冒顶区域不会再次破坏;充填冒顶区时间短,预计 4个小班可完成充填。

罗克休泡沫产品是一种由 2种成份 (树脂和催化剂)组成的注射产品,用于充填空洞、密闭空气和瓦斯以及加固断裂程度高的地层。树脂和催化剂以体积比 4∶1混合,直接注入到需处理区域,发生快速反应生成泡沫,接着产品会快速膨胀到原体积的 10～15倍,罗克休泡沫在几分钟内硬化,10%变形时抗压强度可达到 100～300kPa。利用罗克休快速、高膨胀率、良好的抗压能力,可以取得经济、快速、安全的充填效果[2]。

3 施工方案

3.1 施工准备

所需主要材料及数量：罗克休泡沫约 20t;长11m的钢轨 10根;DZ35单体液压支柱 60根;3.8mπ型钢梁 40根;木杆 1000块 (规格：长1200mm,宽 120mm,厚 70mm);11号矿用工字钢棚子 30架。

处理冒顶前必须恢复好施工所需的供水、供风管路、通风设施及运料、排矸系统;制作好专用的敲帮问顶工具。

处理冒顶时必须选拔有处理冒顶事故经验的工人参加。

3.2 施工方案

(1)施工准备 处理冒顶前先加强冒顶区后端 (回风巷开口方向)10m范围内的支护,加强支护形式为一梁二柱。然后将 11m长轨道按 1m间距沿 1121工作面回风巷掘进方向从冒顶区的上边缘斜向上插到冒顶区的下边缘,轨道一头与冒顶区的下边缘稳固接触,另一头先使用双股 8号铁丝牢固的拴在π型钢梁上,然后在轨道端头位置再支设 1根单体支柱。

(2)充填冒空区深部 所有轨道按上述方法布置完成后,连接注浆管路,将罗克休注浆管伸入冒顶区进行第 1步注浆充填工作,并把注浆管路深入冒空区深部,先充填深部,使其封闭,充填时移动管路,待罗克休泡沫溢流入巷道无法继续充填时停止充填,第 1步充填如图 2所示。

图2 第 1步、第 2步注浆充填冒空区深部

(3)充填冒空区深部未充填部位 从冒顶区的外侧向内侧在已支设好的轨道上铺设木杆,木杆铺设要均匀,尽量减小木杆之间的间隙。木杆铺设完毕后从预先留设好的罗克休注浆管开始第 2步注浆,第 2步注浆要尽量将冒顶区充填密实,不留空洞,如图 2所示。

(4)出渣和第 3步充填 一次性将冒顶区的渣出干净后加强冒顶区前端 10m范围内支护,加强支护结束后,从冒顶区的后端开始向前端架设工字钢棚 (工字钢棚间距 0.8m),在架设工字钢棚过程中要均匀的在钢棚上铺设木杆,木杆间间隙要小,铺完木杆后在木杆上铺废旧风筒。冒顶区所有钢棚架设完毕后,开始第 3步充填罗克休,将钢棚以上空间完全充实,冒顶段处理结束。第 3步充填如图 3所示。

图3 第 3步注浆充填钢棚上方空间

3.3 施工安全措施

(1)注浆人员在施工期间必须佩戴防护眼镜、橡胶手套等防护用品,作业场所要备有一定量的清洁用水。注浆时,施工人员不能正对注浆口方向,防止浆液外窜伤人,换孔时施工人员必须在注浆管内压力释放后再拆卸拔枪。

(2)注浆液时要安排专人观察顶帮情况,出现险情立即停止注浆撤出人员。注浆人员要站在支护完好的安全地点进行作业,要注意观察注浆量及扩散范围,准备好棉纱、木楔以封堵露液区域,保证注浆效果。操作注浆泵人员要注意观察注浆压力及各种压力表数值及泵的运转情况。

(3)竖立支柱前要先清扫浮煤,将支柱支设在实底上,严禁将支柱支设在浮煤上,支设支柱时必须穿好 “鞋”、戴好 “帽”柱。单体液压支柱支设工作结束后,支柱初撑力不得小于 11.4MPa,对初撑力达不到要求的支柱必须进行二次注液。

(4)架设工字钢棚子时,柱窝的深度,背板的数量要严格按设计执行。架设工字钢棚子时,工人之间要互相配合、互相沟通,防止出现挤手、碰脚现象。

4 综合效果分析

(1)操作方便,降低了劳动强度 常规处理冒顶的方法工作量大,注射罗克休泡沫是一种新颖的化学加固方法,只需要使用 1台多功能泵和 1只混合枪,其体积小、重量轻 (100kg),动力来源广泛 (4～7kg风压即可),输出压力大 (可达170kg左右)。施工时只需及时更换料桶,对工人体力消耗较小。

(2)保证了施工的安全性 冒顶区顶板多数较破碎,冒落处顶板极不稳定,施工环境比较危险。以往的冒顶事故处理,凭有经验的工人监护顶板,安全威胁较大。而注射罗克休泡沫工人无需在冒落区内进行,从而保证了施工期间的安全性,特别适合处理大冒落事故。另外,通过其浆液在裂隙中的扩散、膨胀而封堵地下水,从而防止围岩进一步弱化、冒落,提高冒顶区围岩的稳定。

(3)施工过程的快速性 由于罗克休具有高膨胀性,产品高度成品化,反应迅速,硬化时间短,从而保证了充填工作的快速性,不影响现代化矿井高效率的采掘工作[3]。而以往的冒顶事故处理方法多数比较繁琐,施工速度慢。

(4)经济效益显著 冒顶处理共用罗克休20t,维护费用约 300万元。支护成本比采用常规的冒顶事故处理方法略有增加,但用罗克休充填是永久支护,减少了巷道的再次维护成本,提高了矿井生产和建设的长期经济效益。

[1]何满潮,李国峰,等 .兴安矿深部软岩巷道大面积高冒落支护设计研究 [J].岩石力学与工程学报,2007(05).

[2]闫立章 .“罗克休”防灭火技术在易发火煤层中的应用[J].煤矿开采,2006(2)：69-70.

[3]王 昕,刘红岗,郭 坤,等 .罗克休泡沫处理大冒顶事故技术的实践 [J].中国矿业,2007(02)：60-62.

Handling Roof D isaster with Large Falling Height in Roadway with Luokexiu Foam

ZHAO Wen-hua1,2,WANG Yi2,WU Guo-qiang1,CHA IJing2,L I Yi2
(1.Hongliu Colliery PreparatoryOffice,Ningxia Coal Group Corp,Lingwu 751404,China;2.Energy College,Xi’an University of Science&Technology,710054,China)

For t imely and effectively dealingwith roof falling disaster and ensuring regularmining and keeping roadway shape,this paper introduced fast stowing technique in roadwaywith large falling height at3 times by applying high-speed forming and high expansivity of luokexiu foam.It also analyzed matters needing attention in stowing falling area with luokexiu foam.

luokexiu foam;large falling height;fast stowing

TD353.8

A

1006-6225(2010)01-0099-03

2009-09-02

国家自然科学基金资助项目 (编号：50774060)。

赵文华 (1968-),宁夏中宁人,高级工程师,在读博士生,现为宁夏煤业集团公司红柳煤矿筹建处生产副处长。

王兴库]