“凝固力”FSS化学加固材料在松软煤体仰采工作面的应用

樊梦战

（潞安矿业集团公司常村煤矿，山西 长治 046100）

随着我国煤矿开采强度的增大，很多矿井相继进入较复杂地质条件的开采，面临开采深度加大、巷道压力增加、地质构造复杂等形势，尤其是资源整合矿井中，多数矿井面临过旧采空破坏区、煤田资源有限、只能仰采等，新型高分子材料如“凝固力”FSS等化学材料在煤矿生产中得到了广泛应用，主要在采煤工作面煤壁加固、掘进巷道加固破碎顶板、巷道高冒区充填、堵水、采空区密闭等方面，取得了良好效果。

1 工作面现状

150201综采工作面可采煤层为15#煤层，地面标高1025～1075 m，井下底板标高721～833 m。工作面切眼为东西走向，东高西低（机尾高，机头低）,皮带顺槽平均坡度为16.7度，回风顺槽平均坡度为15度，工作面平均坡度为8度。

本工作面主要可采煤层为15#煤层：位于太原组底部，煤层厚度4.02～4.73 m，平均4.6 m，煤层结构较简单，含有2层夹矸，其夹矸厚度为0.06～0.85 m。煤层顶板为砂岩或泥岩；底板为泥岩，为井田主要稳定可采煤层。煤层走向为东西走向，倾向南北。工作面采用倾斜长壁布置，放顶煤回采工艺，自然垮落法处理采空区。由于受煤田边界与地面村庄等因素限制，工作面为仰采布置，平均坡度为17度，局部坡度达23度。推进长度375 m，采长140 m，平均采高2.6 m，循环进度为0.8 m，工作面进回风顺槽均沿煤层度板布置。

在实际回采中工作面部分区域由于遇到地质构造出现了煤体较为酥软、顶板破碎易冒落、支架支护顶板差的情况。为保证回采工作的顺利进行，经公司领导研究决定，采取向工作面煤体注“凝固力”FSS的措施使破碎煤体胶结形成较为坚固的整体，然后再向工作面顶板打锚索加强支护防止顶板破碎矸石冒落，以使支架更加有效地维护顶板。

2 工作面注“凝固力”FSS前后情况

2.1 工作面煤墙注浆加固前后

150201综采工作面煤墙加注“凝固力”FSS前，2月10—2月20日，在150201综采工作面60～80架范围内多次发生煤墙片帮、顶板破碎事故，出现大量的漏矸、漏煤现象。工作面基本每天都在重复着塌顶—维护—再塌顶—再维护的恶性循环，工作面使用大量坑木绞顶材料进行顶板维护、支架间大量落煤落矸人工清理劳动强度大，每日推进不足1 m，严重影响了回采进度。且工作面文明生产差、维护顶板作业危险程度高。自2月23日起向工作面片帮、塌顶区域开始注“凝固力”FSS加固煤体控制顶板后，情况开始逐渐好转，2月24—3月2日期间工作面内仅发生2次小面积漏顶事故，基本无片帮现象，效果很明显。机组割煤时片帮明显减少，煤壁基本能保持住被截割状态，顶板离层、漏矸也得到了有效控制。

2.2 “凝固力”FSS简要介绍

“凝固力”FSS是一种低黏度，双组分合成高分子—聚亚胺胶脂材料，用于松散煤体的加固和水流入口的封闭。其粘合力和机械性能极好，易与松散煤体产生高度粘合，能有效地加固和密封处理区域，提高松散煤体的整体性和受力性能。

力学试验表明：松散岩体被“凝固力”FSS充填后平均单向抗压强度为65.8 MPa，塑性变形开始载荷值在150 kN以上，平均凝聚力为10.2 MPa。

“凝固力”FSS的使用范围：加固裂隙发育和不稳定地层；封闭水流入口；密实地层；岩石加固；锚杆的密封。

2.3 “凝固力”FSS作用机理

当采用高压灌注进行堵水时，树脂和催化剂混合发生化学反应或遇水产生膨胀，自身反应或发泡生成多元网状密弹性体，当它被高压推挤，注入到煤岩层或混凝土裂缝（在高压作用下可以使煤岩层的闭合裂隙张开），可沿煤岩层或混凝土裂缝延展直到将所有裂隙（包括肉眼难以觉察的裂隙及在高压作用下重新张开的裂隙）充填。在封堵裂隙加固煤岩层时，煤岩层不含水时产品膨胀率也相应变小（膨胀倍数为2～4倍），高压推力将“凝固力”FSS压入并充满所有缝隙，达到止漏目的，成品抗压介于25～38 MPpa；在遇水后（掺水）时产生关联反应，发生膨胀，在膨胀压力的作用下产生二次渗压（膨胀倍数为20～25倍），高压推力与二次渗压将“凝固力”FSS压入并充满所有缝隙，从而达到止漏目的，成品抗压介于15～25 MPa，可以说“凝固力”FSS是堵漏材料尤其是堵水材料中性能最好的一种。

3 结论

通过实践证明，对煤体加注“凝固力”FSS是一种应用化学方法加固顶板的新技术，它能有效改善围岩松散结构及机械性能，增强围岩的整体强度，杜绝零打碎敲的顶板事故，无论从安全效果，还是从经济效益看，都比较优越于其他加固破碎顶板方法，特别在沿断层施工、异常破碎带等围岩状态极差的环境下应用，效果更加明显。但是其存在的不足也不容忽视，尤其是它是否会影响人体健康的问题，急需从医学上提供一个强有力的证据。