一、注漿加固材料恒安充填I號工程概況

    煤礦其采面由于受地質條件的影響，采面架出現(xiàn)片幫冒頂，造成架子傾斜影響采面安全生產(chǎn)，同時伴隨采面頂板涌水量大，給采面帶來發(fā)生次生災害的危險。影響了該礦正常的安全生產(chǎn)為了確保安全生產(chǎn)及采面順利安全推進，現(xiàn)欲通過化學注漿加固、充填治理達到以下目的及預期效果：

需對冒頂區(qū)域進行注化學漿加固。

既加固頂板冒落的松散煤體。通過注射化學漿液將煤層松軟區(qū)域進行加固，防止后期引發(fā)安全隱患。由于冒落區(qū)域涌水量較大會對化學漿液產(chǎn)生影響，所以效果會因現(xiàn)場有水情況下，出現(xiàn)發(fā)泡，抗壓、抗剪等參數(shù)的改變，直接影響產(chǎn)品的使用效果。

 

二、注漿材料

1、注漿加固材料：恒安加固I號

本產(chǎn)品為雙組份有機樹脂材料，用于加固松軟破碎巖層、易片幫煤壁。注漿樹脂以低粘度的液體混合注入破碎煤、巖體裂隙后，能迅速反應并凝固，生成高強度、高韌性的樹脂固化物，實現(xiàn)對破碎煤、巖體的加固及對裂隙的封堵。

產(chǎn)品特點：

高強度：抗壓強度高，牢固、持久粘合煤層

高韌性：韌性及變形能力強，適應巖層變形

低粘性：易滲透到微裂隙中、阻燃。

技術指標：

本產(chǎn)品完全符合國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒布的《煤礦加固煤巖體用高分子材料AQ1089-2011》指標要求。

適用范圍：

加固破碎煤、巖體，松散煤壁、煤柱、頂、底板

掘進工作面超前加固

控制回采工作面片幫

加固密閉墻及周圍破碎體，封堵破碎煤、巖體裂隙 瓦斯抽采封孔

 

技術數(shù)據(jù)見下表：

                      恒安加固I號雙組分漿液性能

 

序號

項   目                    漿液性能

           樹脂 催化劑

1 外觀           無色透明液體 深棕色油狀液體

2 漿液密度/g/cm3    1.010~1.040 1.220~1.240

3 初始粘度/mPa?s      130~260 240~359

4 混合體積比         1   1

5 反應開始時間（20℃）S      65~90

6 反應結束時間（20℃）S     110~150

                            恒安加固I號      固化物性能

序號 項      目     固化物性能

1 抗壓強度/MPa             ≥         60

2 抗拉強度/MPa             ≥         35

3 拉伸剪切強度/MPa         ≥         12

4 粘結強度/MPa             ≥         4.5

5 膨脹倍數(shù)                 ≥       1.2~2.5

6 反應溫度/℃              ≤         140

注：固化物性能的測定試齡期為24小時

 

2、注漿加固材料恒安充填I號：恒安充填I號產(chǎn)品是一種由兩種成份組成的注射產(chǎn)品，用于中空充填，隔絕空氣和瓦斯以及加固斷裂程度高的地層。注射恒安充填I號泡沫使用一臺泵和一只混合槍。容積以4比1混合樹脂和催化劑，發(fā)生快速反應生成泡沫，接著產(chǎn)品會快速膨脹到原體積的20~30倍。膨脹后，恒安充填I號泡沫在幾分鐘內硬化。其反應的快速，高膨脹率，良好的抗壓能力以及突出的抗靜電性能，可以取得經(jīng)濟的、快速的、安全的充填效果。憑借其耐火等級，同適用于地下熱源的密閉和地下礦井的防火。

   恒安充填I號具有快速膨脹性能，施工簡單，其注入煤矸石空隙中后，迅速膨脹，對其進行包裹和裂隙充填，使得在頂上形成具有一定穩(wěn)定性的人工假頂。并且對架上冒空區(qū)內進行充填，使其與頂板充分接頂，阻止氣體集聚，封堵裂隙，恒安充填I號泡沫的技術數(shù)據(jù)見下表：

        

1．  基本成分                  樹脂      催化劑

   20℃時的密度（g/cm3） 1.2     1.5

   儲存溫度（℃）          5-20     5-40

   20℃時的儲存期限（月）   3     12

 

2.聚合產(chǎn)品

 

  混合比例（體積比）        4:1

  反應時間                2:00min

  膨脹倍數(shù)                20-30

  10%變形時的抗壓強度         100-200kPa

  阻燃性                不燃

 

三、恒安加固I號漿液工程應用典型特性

1)  漿液固結體的網(wǎng)絡骨架作用

漿液經(jīng)擠壓或滲透到圍巖縱橫交錯的裂隙中固結后，會在圍巖中形成網(wǎng)絡骨架結構。漿液固結體呈薄厚不一的片狀或條狀，幾乎可相互連通形成網(wǎng)絡骨架，恒安加固I號化學材料和煤體的固結體具有良好的韌性和粘結性，當外載增加時，固化材料發(fā)生變形但不破壞，載荷主要由強度較高的煤巖體承擔，這樣圍巖的破壞條件由原來的裂隙弱面強度條件向接近煤巖體強度條件轉換化。當煤巖體應力超過煤體強度發(fā)生較大變形時，固結材料的網(wǎng)絡以其良好的韌性和粘結強度起到骨架左右，提高圍巖的殘余強度，限制圍巖破壞的擴展，從而改善維護狀況。

2）充填壓密及轉變圍巖破壞機制的作用

漿液在泵壓的作用下，除了將一些較大的裂隙充填滿，還可以將一些充填不到的封閉裂隙和小裂隙壓縮，甚至使其閉合，提高圍巖的彈性模量和強度。

經(jīng)過注漿固化后，裂隙內充滿固結材料，加上固結材料對裂隙面的粘結作用，使裂隙端部的應力集中大大削弱或消失，從而使圍巖的破壞機制發(fā)生轉變。另外，當圍巖中存在較大的裂隙，裂隙附近的巖體處于二向應力狀態(tài)，當裂隙內充滿固化材料或壓密后，將變?yōu)槿驊顟B(tài)，而巖體在三向應力狀態(tài)時的強度比二向時顯著增大，并且脆性減弱、塑性增強。從受力狀態(tài)來看，注漿固化也起到了轉變巖體破壞機制和提高圍巖強度的作用。

3）提高圍巖體強度

通過注漿，能夠改變弱面的力學性能，即提高裂隙與煤巖體之間的粘聚力和內摩擦角，增大巖體內部塊間相對位移的阻力，從而提高煤巖體的整體穩(wěn)定性。

 

4）形成承載結構

通過注漿加固，可以使松散煤巖體重新膠結成整體，形成承載結構，充分發(fā)揮煤巖體的自穩(wěn)能力。

5）改善賦存環(huán)境

破碎煤巖體通過注漿加固，提高了煤巖體的整體承載能力，提高其整體性能，在工作面推進過程中不出現(xiàn)片幫冒頂現(xiàn)象。

 

四、構造帶注漿加固實施原則

（1）提前注漿原則。在工作面推進前提前進行注漿，把松軟破碎的煤巖體加固成一整體，保證工作面在過構造帶時不易出現(xiàn)片幫冒頂現(xiàn)象，加快工作面的推進速度。

（2）均勻注漿原則。注漿孔要均勻布置，最大限度的使?jié){液在松散煤巖體中能夠均勻滲透，從而達到整體加固煤體的效果。