“百灵浆”固化工艺在极软煤层石门揭煤防突中的应用.pdf

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1、2012年1O月矿业安全与环保第39卷第5期“百灵浆”固化工艺在极软煤层石门揭煤防突中的应用褚万益，龚选平，刘兆吉(1．内蒙古庆华集团百灵煤矿，内蒙古阿拉善盟左旗754321；2．中煤科工集团重庆研究院，重庆400037)摘要：针对百灵煤矿3煤层具有煤与瓦斯突出危险性的特点，通过不同配比试验研制了以水玻璃、水泥浆、早强剂和缓凝减水剂为主要材料的“百灵浆”，并基于“百灵浆”的物理力学特征对具有煤与瓦斯突出危险煤层的加固工艺进行了研究。现场试验应用表明，“百灵浆”固化工艺提高了揭煤区域周围的煤体强度，增强了煤体抵御突出的能力，实现了安全快速揭煤。关键词：注浆加固；固化

2、工艺；极软煤层；石门揭煤；防突中图分类号：TD713．3文献标志码：C文章编号：1008—4495(2012)05—0072—03石门揭开煤与瓦斯突出(简称突出)煤层是突出型为V类，属于突出危险性较强的煤层。由于百灵矿井中最危险，但又不得不面对的工作。石门揭煤煤矿井筒和主要巷道布置在3煤层底板，而首采煤常用的防突措施有超前钻孔卸压、预抽排瓦斯、水力层为3煤层上覆的2煤层，因此，石门揭穿3煤层冲孔、金属骨架和煤(岩)体固化等。其中，超前钻孑L成为该矿一项艰难和频繁的工作。卸压、预抽排瓦斯、水力冲孔、金属骨架防突措施虽3煤层属于突出煤层，在石门揭开3煤层前均对突出起到

3、了一定的防治作用，但未考虑到在突出已按《防治煤与瓦斯突出规定》程序将揭煤区域瓦斯中起重要作用的煤体强度，而只是着眼于煤岩弹性治理到位。由于3煤层极其松软，在石门揭开煤层能、瓦斯潜能和瓦斯的释放，通常这些防突措施一般后较短时间内会发生极大的变形和垮落，在瓦斯治都会使煤体受到不同程度的破坏，降低煤体强度和理不到位的情况下，很容易造成回风瓦斯超限和煤对突出的抵御作用。煤体固化措施可以弥补这些措与瓦斯突出，给矿井安全生产带来较大隐患。因此，施的不足，其通过向煤层中压人性能适宜的固化剂，对于3极软突出煤层，在瓦斯治理到位的情况下，揭使其渗入到煤(岩)层中的裂隙和孔隙，达到加

4、固围煤前有效加固揭煤区域煤(岩)体是石门揭煤过程中岩的目的。防治煤与瓦斯突出的根本。目前市场上的固化剂种类繁多，但主要分为两为防止3极软煤层揭煤过程中煤体垮冒而引起类，即传统的混凝土固化剂和发泡型化学固化剂。突出，1330专用回风石门揭煤工程首次采用“百灵化学固化剂发泡倍率高，固化效果较好，但其成本过浆”进行煤(岩)体固化。高，且A、B液配比和用量在现场较难掌握，影响井2“百灵浆”的研制下生产；混凝土固化剂成本低、取材方便，但其固化效果较差。因此，百灵煤矿根据自身的围岩和煤层由于百灵煤矿3煤层极软，且极易塌孔，石门揭特点，研制一款固化效果好，且成本低的固化剂，并煤

5、固化煤(岩)体时需要加固材料注入后在较短时间将其固化技术和工艺应用到突出危险石门揭煤中。内进行凝结，且要达到一定强度。因此，“百灵浆”选择以水泥一水玻璃浆液(简称CS浆液)为主料，再1工程概况加入早强剂(CaC1：·6H0)和缓凝减水剂(木钙)等百灵煤矿是一座大型现代化矿井，属于典型的材料制成。突出矿井，3煤层为其主采煤层之一，煤层平均厚“百灵浆”研制时以井下常用的标号为42．5的8．42m，倾角平均22。。实测3煤层瓦斯压力普通硅酸盐水泥按水灰比为1：1和成的水泥浆及1．6MPa，坚固性系数，一般为0．13～0．34，破坏类模数为2．5、波美度为40的水玻璃为基

6、础，试验把水泥浆和水玻璃按不同体积比(简称cs体积比)混合收稿日期：2012—03—16；2012-08—16修订后，加入不同配比的早强剂和缓凝减水剂，测试其凝作者简介：褚万益(1969一)，男，山东肥城人，现从事煤矿胶时间和强度(见表1)，选择一种适合百灵煤矿井技术与管理工作。E-mail：talzjl@163．corn。下煤(岩)体固化的配比¨。·72·2012年10月矿业安全与环保第39卷第5期注：实验温度23℃，水玻璃模数为2．5，波美度为40，水泥标号42．5，固定水灰比为l：1。通过地面实验室实验可得：0．8m时开始布置第2排煤(岩)体固化孔，开孔位1

7、)随着水泥浆和水玻璃浆液体积比的增大，抗置位于石门拱基线以上，倾角7。，孔径75mm，孔深压强度先增后减，最大值出现在1：0．75时；其他条5m，间距0．3m。其余支护工艺与上一轮相同。此件相同时，加入l％的早强剂(CaCI·6H0)，1h后两排固化孔固化到位后，进行正常掘进，至第4棚时抗压强度明显增大。再循环两排固化孔，如此反复J。注浆加固钻孑L布2)其他条件相同时，加入0．8％木钙作为缓凝减置见图1。水剂时，凝胶时间显著延长，为现场注浆赢得时间。3．3固化效果分析根据百灵煤矿井下工人操作熟练程度和强度要百灵煤矿3煤层较厚且极其松软，一般石门揭求，把水泥浆和水玻

8、璃按1：0