立固安超前预加固技术在松软破碎煤层掘进工作面的应用

摘要：红岭煤业公司位于安阳市西北38km，南距水冶镇15km，北距岳城水库3km。1977 年12 月投产，设计能力15 万吨/年，随着矿井的发展，历经多次改造，目前年生产能力达到90万吨/年。红岭公司1505采煤工作面的下巷净宽5.0m，净高3.4m，净断面积17.3m2，采用U型钢架棚支护，棚间距700mm。该巷道所处煤层稳定，最厚7.0m，最薄5.0m，平均厚度6.0m，老顶是细粒砂岩，直接顶为砂质泥岩。1505 工作面的下巷与1507采煤工作面的上巷平行，中间留设3-5m 的小煤柱，因为煤柱太小，并且受1507 工作面的采动影响，造成煤体松软破碎，顶板管理困难，经常出现顶板冒落1-2m 情况，支护困难，并且威胁工人的人身安全，同时也严重影响掘进进度。为改变以上问题，经该矿相关技术人员研究，决定采用立固安加固剂进行超前预加固，从而加强巷道顶板的强度。

关键词：煤体；破碎；冒顶；立固安；高度粘；加固剂；超前；预加固；稳固岩体；支撑力

1立固安加固技术原理

立固安是一种有机化学胶，由双组分按照1：1 的体积比反应生成，具有良好的加固和堵水性，广泛应用于煤矿和隧道的岩层加固、地下堵水等工程。该产品的高度粘合力和良好的机械性能，能保证其与地层产生高度粘合；良好的柔韧性和回弹性可以随岩体压力的长期作用；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。

立固安可通过加入一定的加速剂提高产品的反应速度，注人地层

后，低粘度混合物保持液体状态1～2 分钟，在强大的注射压力下能很快地充分渗透到细小的裂隙中膨胀凝固（煤岩体不含水时，混合反应膨胀倍数较小，膨胀3 倍左右），从而有效地加固和密封围岩，提高煤岩体整体强度。很短时间内其聚合力达到1.5MPa，3～4h 后抗压强度大于27 MPa。

2立固安注浆加固设计

2.1 布孔参数

该掘进工作面每天的推进速度是6 m，利用检修班进行注浆超前

加固，加固距离在6 m左右，不影响其它时间的正常生产。在掘进工作面的迎头，沿巷道顶板与煤壁交接的半圆形弧线上，平均布置3 个钻孔，孔径42mm，仰角10～15 度，孔深8～10 m，钻孔内插入4～5 m长的套管，套管的前2 m为花管，便于加固材料的扩散，详细钻孔参数如表1 所示。

2.2 注浆机具与注浆压力

整个加固过程采用KFNQS-11/10 型气动注浆泵，它采用压缩空气为动力源，利用气缸和注浆缸具有较大的作用面积比，以较小的气压使缸体产生较高的注浆压力。使该注浆泵正常工作的风源压力为0.4～0.6 MPa，注浆的最大输出压力为26 MPa。另外，施工机具还有一个混合注射枪、两根高压软管、7655 型风锤一台、外径为42 mm 封孔器、棉纱若干。

2.3 施工工艺和参数

施工的工艺流程（如图1 所示）：先按照预先设计好的钻孔施工参数进行打钻，然后往钻孔里面下注浆管，在钻孔的孔口安装封孔器，封孔器的一端和钻孔内的注浆管相连，另一端用高压管和注射枪与注浆泵相连，同时将两根吸管分别插人立固安树脂和催化剂桶内，分别通过气动泵的A、B 两个活塞缸把两种原料抽出，通过高压胶管，在注射枪内部混合均匀，混合液进去钻孔内部，在1min 左右进行凝固，起到加固煤岩的作用。如果注浆过程中发现钻孔四周的裂隙开始有浆渗出，则停止注浆，快速冲洗机具并拆卸注射枪。

钻孔施工采用7655 型风钻，孔直径为42 mm，注浆管外径为25mm，下进钻孔4～5 m，前端2m 的管壁四周开设若干直径为25mm的小孔，形成花管，便于浆液的扩散。每孔注浆量根据实际情况确定，当钻孔四周有大量浆液漏出时，必须换孔或停止注浆。在有关技术人员的指导下组装好气泵及附件，将两根吸管分别插入到立固安树脂桶和催化剂桶中。打开气泵开关，活塞在气马达作用下运动，压力使原料经过活塞进入输送管到注射枪，到达封孔器处停止，马达不断加压，当压力大于5 MPa 时，封孔器自动张开，混合液通过注浆管扩散至煤体内，封孔器张开堵塞住注浆管与孔壁之间的间隙起到封口作用。混合液在强大的压力作用下渗透到煤壁中并很快凝固成固体，从而完成了煤体加固。

立固安加固材料的相关参数如表2 所示。

3施工中注意事项

3.1 立固安药剂具有腐蚀性，所有施工人员戴防护镜和乳胶手套。

3.2 每一孔注射结束后，应立即将两根吸管插人油水混合液中清洗泵体、管路及注射枪。

3.3 注射过程中如壓力达到10 MPa 仍继续上升则立即停泵，检查注射枪是否堵塞。

3.4 注射过程中两侧人员准备好棉纱，一旦混合液渗出，立即堵塞。

3.5 注浆施工必须由下而上进行，分组注浆，1 个1# 孔和1 个2# 孔为一组，第一组未注完不许注下一组。

3.6 注浆的孔口用棉纱进行封堵，防止瓦斯外泄。

3.7 打注浆孔时出现瓦斯异常等情况时，及时用黄泥堵孔口。

4结论

通过以上论述，采用立固安超前预加固松软煤层具有以下优点：

4.1立固安混合液在液体状态时粘度低，能很好地渗入到煤岩的细小裂隙中，并和煤岩体胶结在一体，形成了完整的整体，进而改变原有破碎煤体的整体性和完整性，提高了煤岩体的自身承载能力。加固后，没有出现冒顶现象，

消除了掘进过程中冒顶带来的安全危险，保证了作业人员的安全，改善了作业环境。

4.2避免了因巷道冒顶而产生处理冒顶带来的作业时间，减少员工劳动强度的同时提高工效，加快了掘进速度，提升了安全生产管理。

4.3在安全方面，立固安被注射进煤层后，能迅速渗透细微裂缝，膨胀凝固，利用其本身和岩石优良的连接、粘固特性，使破碎的岩石连接成一个整体，增加岩层的固性和支撑力。预防顶板破碎和冒顶等事故，保障生产安全。应用该技术施工，与传统人工架木垛接顶方法处理冒顶相比，极大的提高了安全。

4.4在工艺方面，该技术工艺简单，操作方便。只需要1台风动注浆泵，两人操作，封口简单，黑、白料容易区分。可有效简化施工流程，节约施工时间并降低施工成本。

4.5在工期方面，应用该技术施工，缩短了处理冒顶带来的施工时间，工效得到提高，减少事故损失。

4.6在经济效益方面，立固安混合液每吨价格为2.28万元，而我矿曾经采用的尤卡尼、马丽散聚亚胺胶脂加固材料为每吨4.8万元，比尤卡尼、马丽散每吨便宜2.52万元，按照每个循环注浆1.5吨、1505下巷注浆10个循环计算，可节约注浆材料37.8万元。

作者简介：

许强，中级职称，现任安阳鑫龙煤业（集团）红岭煤业有限责任公司生产技术部业务主管。