马丽散E在土城矿冒顶淋水区加固中的应用

摘要：在煤矿掘进和巷修过程中，经常会遇到顶板破碎、淋水带，如采取措施不当，则会造成严重的冒顶事故，直接影响施工安全及工程进度。文章针对此类工程条件，土城矿首次采用马丽散E在13轨道石门冒顶淋水区加固围岩堵水，取得了明显的经济效益。

关键词：马丽散E；冒顶淋水区；加固堵水；注浆材料选择

中图分类号：TD327 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）01-0145-02

一、概况

土城矿井始建于1966年，1984年底建成投产，原设计能力为120万t/a 。1993年12月至1998年进行、改扩建后的矿井设计能力为240万t/a 。2003年进行扩能改造后，2006年核定生产能力为300万t/a。目前生产采区有4个：21采区、13、14和15采区，设计生产能力均为100万t/a。井田内主要可采煤层有11层，分别为1#、3#、5#、6#、9#、12#、13#、15#、16#、17#和18#煤层，属于以薄及中厚煤层为主的近距离煤层群。

二、问题的提出

土城煤矿13轨道石门巷道断面5.06m×3.20m（宽×高），该巷道在2010年8月巷修时出现大面积冒顶，冒高估计6.0­～8.0m，长度5.0m，且冒空区有淋水出现，水量﹥15m³/h，因冒顶区上部原为小煤窑废弃巷道，估计出水在冒顶区稳定顶板位置。矿初次进行水泥注浆处理，大部分水泥浆均被淋水冲走，注浆加固效果差。在二次修复巷道时再次出现顶板冒落，不能正常修复通过该冒顶区，严重影响该巷道的正常进风、运料和行人。因而对该段巷道需采取特殊的注浆堵水、加固处理。

三、注浆材料的选择

水泥浆：胶结时间长，具有较长的可注期和较多的注浆量。具有较高的抗压强度，但初凝时间长，易被水稀释，在水压高、水量大的条件下，会有较大浆液损失，具有一定的收缩率，脆性收缩时会产生裂缝进一步导通水源继续漏水。

水泥—水玻璃浆液：在水泥浆的基础上添加水玻璃配制而成，虽克服了单液水泥浆凝固时间长的问题，但对凝固时间的准确控制较难，施工工艺复杂，且仍为脆性，有一定的收缩性。

马丽散E堵漏剂：它是一种高科技产品，是由两种成分合成的高分子聚亚胶产品，用于地层的加固与水流的封闭。具有极好的粘合力，能与地层产生高度粘合，有良好的柔韧性，能承受随后的地层运动，可保持与地层同样的服务时间。注入岩层后，其粘度混合物液体状态保持几十秒或几分钟，渗透到细小裂缝并膨胀胶结，从而有效的加固和密封处理区域。它在加入一定量的加速剂后，可提高反应速度。遇水产生关联反应，进一步膨胀发泡生成多元网状封闭弹性体，产生二次渗压（膨胀倍数20～25倍），更好的封闭裂隙，达到止漏目的。

通过以上材料的论证分析，马丽散E注浆材料具有相当的技术优势，其本身粘度低，流动性好，可注性强，具有下列优点：

1．浆液粘度低，流动性好，能进入细小裂隙；

2．浆液凝固时间在几十秒到几分钟内任意调节，并能人为的加以准确控制；

3．浆液对注浆设备、管路、混凝土建筑物及橡胶制品无腐蚀性；

4．浆液固化时无收缩现象而会膨胀，固化后有很强的粘合性，能牢固地与围岩结合；

5．浆液结石率高，结石体有很强的抗压强度和一定的抗拉强度，不龟裂，抗渗性好；结石体具有良好的耐老化特性和耐久性；

6．浆液有一定的细度，能满足注浆效果，满足注浆要求，并且该材料配有专用注浆设备，能准确控制其反应比例，注浆无污染，符合环保要求。

四、施工工艺及施工方法

1．注浆原则封闭加固顶板冒落后的矸石，既使之成为一个整体后堵漏淋水，并增强整体强度及一体性，利于巷道修复掘进。

2．在冒空区位置设计12个注浆孔，每断面3孔，每1.5m为一个注浆断面，孔深2.5m（原则上孔深不超过冒落矸石高度），孔位（见施工布置图1）。

3．打孔钻具：采用7655风钻，φ42mm钻头施工。

4．注浆步骤：

（1）在设计的钻孔孔位置下打孔；若现场情况有变化，可在原设计方案基础上稍做调整；

（2）把多功能泵及其附件组装好，并用u型卡固定牢靠；严禁用铁丝替代，注浆过程中应及时观察各联接位置是否有松动现象并及时解决，以防浆液喷出；

（3）分别把两个吸料管放入树脂和催化剂的包装桶，并在缸体上做好标记，再次施工，原吸料管也应同于上次的树脂和催化剂的包装桶；

（4）开动气泵，使两种液体吸入缸体并从DN13的高压胶管中排出，持续开动几分钟，观察注浆比例和吸料情况，若有问题，立即停泵处理；

（5）待设备正常后，DN13的高压胶管连接注射枪，注射枪连接到快插接头，关闭卸压阀，开动设备注浆；

（6）注浆过程中，两注浆桶内不得出现任何“颗粒状、片状、线状、条状、带状”的杂物，若不慎掉进桶中应及时捞出，以免吸入缸体堵塞设备；

（7）注浆时操作人员注意观察注浆比例和注浆压力；若有异常现象及时停止注浆或对设备进行维修；

（8）换孔注浆，重复3～7的步骤；

（9）停止注浆，用树脂冲洗管路和混合枪。

5．单孔注浆结束标准为：

（1）注浆扩散范围尽可能≥1.5m；

（2）注浆过程中发现异常情况，及时停泵处理。

6．注浆注意事项：

（1）尽可能保证注浆扩散范围，尤其高冒下部矸石加固完整，具体注浆量参数可视现场情况及注浆扩散效果进行调整；

（2）在设计的钻孔孔位置下打孔，若现场情况有变化，可在原设计方案基础上稍做调整，注浆孔深度可视注浆扩散效果取最佳值；

（3）注浆时采取慢速注浆。

五、施工效果

1．注浆结束后，对该处涌水量进行测定在1.3m3/h，达到良好的堵水效果，满足堵水加固的技术要求，同时对注浆后的岩层取芯，发现围岩的裂隙里已经被马丽散E聚合物完全充填，并压实粘接在一起，说明马丽散E的粘合力已达到了预期的加固效果，同时二次渗压提高了围岩的抗压、抗拉强度。

2．通过勘探钻孔评估确认安全后，次日早班开始修复掘进，起初为了最大的安全保险起见在借鉴传统强过处理冒空区的经验上专门制定了详细的修复措施，但在当日一个小班（8h/小班）即安全通过了1m的长度，顶板未显现再次垮落的征兆，不仅再次说明了注浆的优异效果，且刚性材料支护成本大幅降低（U型棚间距1.0m，原通过后U型棚支护间距0.3～0.5m），比传统办法提高了近40％的效率。

六、经济效益分析

本次注浆施工，马丽散E共消耗5吨。充分利用马丽散E进行封堵、加固，一次到位后不需进行多次施工，由于其反应迅速，自身抗压能力和柔韧性的特点，能快速、有效的达到封堵和加固效果，通过加固堵水后对该段进行巷修时没有再出现顶板冒落及淋水增大的现象，保证了巷修工作的安全顺利进行，不用再进行二次施工，工期短，节约了大量的时间，同时节约了资金，也为该巷道提早调整通风系统、运输系统创造了条件，取得了较好的经济效益和社会效益。

通过用马丽散E在冒顶淋水区的加固、堵水成功应用，亦为今后类似工程技术条件提供了实际经验和理论支撑。

作者简介：张辉元（1974-），贵州遵义人，贵州盘江精煤股份有限公司土城煤矿总工程师，高级工程师，研究方向：煤矿生产技术管理。

（责任编辑：叶小坚）