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2020 年第 9 期2020 年 9 月 山西煤炭运销集团南河煤业有限公司 15108 综采 面走向长 1 600 m，倾斜长 60 m，开采 15煤层，煤 层均厚 3.85 m，采高 3.5 m。直接顶板为 K2灰岩，平 均厚 8.87 m，直接底板为平均厚 6.9 m 的灰质泥岩[1]。 在工作面回采过程中，揭露连续断层构造带引起煤体 松软破碎，顶板持续垮落并有部分支架发生不同程度 的倒架、咬架情况，在支架前方顶板冒落，严重影响 工作面的安全生产。 综采面发生冒顶后，常规的处理方法是在综采支 架上架设木垛，施工时，在支架前方用水平工字钢或 钢管建造一个平台，一端固定在冒顶区内，另一端由 支架前梁支撑，平台上垒砌木垛将空洞部分撑住。但 用这种方法处理操作时很不安全，所需时间长，对生 产影响大，耗用材料多[2]。尤其在放顶煤综采面作业， 更是困难重重，安全隐患巨大。 应用超前化学注浆加固技术后，采用轻质膨胀材 料对冒落空洞进行远距离机械填充，配合注浆加固， 减少人工进入空洞的时间和频率，大大提高了综采面冒 顶区的处理效率和安全性。 研究表明，综采面高冒区只需很小的支承压力即可 防止顶板继续冒落。近年来，国内许多煤矿采用新型轻 质材料充填高冒区，也取得了较好的效果，但当放顶煤 综采面遇特殊地质构造，发生倒架、咬架的情况时，采 用超前化学注浆加固松散破碎煤岩体的技术工艺，还有 许多需要完善和提高的地方[3]。 1主要内容 1.1注浆材料的选择 根据 15108 综采面倒架段破碎煤岩体的赋存特征和 一次采全高采煤工艺要求，结合类似综采面倒架扶架的 经验，设计超前注浆加固，选择固特珑 （ GN-4 型） 化 学注浆材料，使用固特珑 （ GN-5 型 ） 和马浮因 （ MF-2 型 ） 进行综采支架顶部的再生胶结假顶构建，为顺利扶 正支架营造安全的作业环境。 1.2注浆材料配比参数的特点 支架上覆直接顶岩性为 K2灰岩，具有坚硬、破碎、 碎块体积较大、空隙分布不均、覆盖厚度不均等特点， 收稿日期2020-03-31 作者简介王阿东，1990年生，男，山西高平人，2018年毕业于太 原理工大学采矿工程专业，助理工程师。 固特珑高分子注浆材料在综采面倒架中的应用 王阿东 （ 山西煤炭运销集团南河煤业有限公司，山西 高平 048400 ） 摘要 针对一次采全高综采面揭露地质构造架前处理冒顶区时发生倒架、咬架的情况，采用超前化学注浆加固松散 破碎煤岩体时遇到的诸多困难，进行了逐项解析。依据 15煤层顶底板岩性参数，K2灰岩的特性、厚度，一次采全高综 采面支护参数和赋存地质条件等因素，采用固特珑、马浮因化学注浆材料实施快速充填兼加固的注浆技术，使工作面冒 顶支架上的松软破碎煤岩体胶结为一体，构建一道 3耀4 m 厚的再生胶结充填体的支撑假顶，同时，应用螺旋尼龙棒混合 新工艺、锚索钻杆注浆钻孔新技术，为后续的扶架、回采作业提供了安全的作业环境，完善了固特珑注浆加固施工工艺 及技术保障措施。 关键词 固特珑；高分子注浆材料；冒顶区治理；倒架 中图分类号 TD823.97； TD355文献标志码 A文章编号 2095-0802-202009-0154-03 Application of Gutelong Polymer Grouting Material in Falling Support of Fully Mechanized Mining Face WANG Adong Nanhe Coal Industry Co., Ltd., Shanxi Coal Transportation and Sales Group, Gaoping 048400, Shanxi, China Abstract This paper analyzed the collapse and bite of the roof fall area before the geological structure frame was exposed in the fully mechanized mining face at one time and many difficulties in using advanced chemical grouting to reinforce loose and broken coal and rock mass. According to the rock parameters of roof and floor slab of 15coal seam, the characteristics and thickness of K2limestone, the supporting parameters of full height fully mechanized mining face at one time of fully mechanized mining and geological conditions, the grouting technology of rapid filling and reinforcement was implemented by adopting Gutelong and Mafuyin chemical grouting materials, so that the soft and broken coal and rock mass on the roof fall support of the working face were cemented as a whole, and a supporting false roof of 3-4 m thick reclaimed cemented filling body was constructed. At the same time, the application of new technology of screw nylon rod mixing and anchor cable drill pipe grouting and drilling provided a safe working environment for the subsequent support and mining operation, and improved the construction technology and technical guarantee measures of Gutelong grouting reinforcement. Key words Gutelong; polymer grouting material; treatment of roof fall area; falling support （总第 180 期） 实践运用 154 2020 年第 9 期2020 年 9 月 要求注浆材料具有初始乳化固结迅速、黏结强度较高、 终凝抗压强度较高、膨胀倍数适中 （10耀15 倍） 、与灰 岩胶结性能突出等特点[4]。 1.3注浆钻孔参数匹配 注浆钻孔参数与大流量、混合充分、扩散均匀的 高压注浆管相匹配，要求钻孔直径与注浆管直径相匹 配，钻孔深度与注浆管长度相匹配，钻孔角度与浆液 扩散范围相匹配，受注围岩的松散程度与注浆管的结 构相匹配。 1.4适应现场地质条件的注浆参数 为保证在顶梁上破碎顶板中形成 2.5耀3.5 m 厚的再 生胶结支撑假顶，控制架间溜渣和顶板下沉，需在支 架间隙布置注浆孔扩散注浆，保证扶正支架过程中顶 板不垮落或减少垮落。在这个过程中，要求注浆压力、 扩散半径、单孔注浆量、总注浆量和胶结层厚度等注 浆参数相互匹配、协调和优化，达到最佳的注浆加固 效果。 1.5优化注浆施工工艺 优化注浆施工工艺从以下几方面入手 a 优化注浆孔的注浆顺序，防止大量串液，确保扩 散均匀；b 使用风动、高压力、大排量注浆泵，降低 故障率，提高注浆效率；c 使用钻孔长距离封孔新工 艺，确保封孔效果良好，封孔速度快；d 使用螺旋尼 龙棒混合新工艺，确保双组分浆液混合均匀、反应充 分，满足固结体的各项性能指标要求；e 使用锚索钻 杆和花眼注浆钻杆注浆钻孔新技术，实现对松软破碎 灰岩顶板的注浆范围控制；f 依据松散受注体的空隙 率和岩性变化等地质条件的不同，单孔实施马浮因与 固特珑浆液交替压注，以提高空隙充填率和固结体的 整体强度。 2技术参数 2.1钻孔参数 超前加固在 18耀33支架下，沿工作面推进方向打 两排注浆孔，其中，下排孔布置距煤层切割顶板 1.2 m， 以水平方向呈 55毅耀65毅仰角垂直煤壁打孔；上排孔布置 距煤层切割顶板分界面 0.5 m，与水平方向呈 15毅耀20毅 仰角垂直煤壁钻孔；终孔位置为穿过离层进入顶板 2 m 为准，间距均为 3 m，孔径均为 椎28 mm，上排孔和下 排孔呈“三花”眼交错布置，单循环共计布孔 18 个。 注浆孔布置平面如图 1 所示，其中 1耀7为注浆孔编 号。注浆孔布置断面如图 2 所示。 构建胶结假顶在 18耀33倾覆支架的前梁和伸缩 梁上分别布置注浆孔，孔深 3.0耀3.5 m，每架间隙布置 1耀2 个注浆孔，遵循多布孔、少注浆的原则，控制顶板 煤岩体，具体孔位参数和注浆量根据施工现场情况可 以调整。支架上方充填施工前，视现场条件选择空洞 区域，首先充填木板皮、细木料、铁管、铁丝网等充填 体的骨架材质，增强充填体的整体抗压强度。 2.2注浆压力 根据破碎带煤体的承受能力和最小抵抗面及工作 面围岩条件，当工作面供风风量不小于 3 m3/min，供风 压力不低于 0.5 MPa 时，设计注浆终压 5 MPa。 2.3扩散半径 依据破碎带煤岩体的破碎情况、注浆压力、相关理 论公式和类似工程经验数据计算，在实际施工时通过 调整浆液的胶凝速度、渗透性和注浆终压，保证浆液 实际有效扩散半径不小于 1.2 m 。 2.4注浆顺序 采用隔排顺序钻孔注浆，即先施工 1，3，5，7， ，后施工 2，4，6，8，。 3新型有机高分子化学加固材料 固特珑是由石家庄国盛矿业科技有限公司研制开 发的有机高分子双液型化学注浆加固材料，其 A 组分 为组合聚醚多元醇、硅酸盐类及增强剂、膨胀剂、阻燃 剂、催化剂等化合物的混合物，B 组分为多甲基亚聚酯 类高分子化合物。 依据 15108 综采面的现场地质条件特点，将乳化时 间控制在 20耀60 s，发挥材料较好的渗透性、较高的黏 合力、较强的机械性能和抗压强度的优势，确保与 15 煤层直接顶灰岩有较强的黏结亲和力，而且固结体的 柔韧性能还能承受一定的地层变形。 材料注入 K2灰岩与煤层的破碎体以后，低黏度混 合物保持几秒钟，渗透进细小的裂缝膨胀，产生二次 压力，将受注体更好地胶结为一个整体，对工作面破 碎顶板起到有效的固结作用，有利于安全扶架作业和 采煤机滚筒切割之后的及时支护作业顺利进行，满足 了工作面超前注浆加固破碎煤岩体的技术要求。通过 现场试验，固结体 12 h 后黏结强度满足了超前煤柱承 顶板 15煤层 1 2 4 35 6 7 3 m 3 m 图 1注浆孔布置平面示意图 下排钻孔深4 m 上排钻孔深4 m 15毅20毅 55毅65毅 液压支架 图 2注浆孔布置断面示意图 王阿东 固特珑高分子注浆材料在综采面倒架中的应用 155 2020 年第 9 期2020 年 9 月 节能知识 （上接 153 页） 3.2实际治理效果 瓦斯抽放钻孔最大抽采混合流量为 270 m3/min，单 孔抽采的体积分数为 2，抽采纯量为 5.40 m3/min；高 抽巷抽采混合量为 230 m3/min，瓦斯抽采的体积分数为 10左右，抽采纯量为 6 m3/min，工作面正常生产采煤 效率提高，稳定了矿井产量。 4结语 高瓦斯矿井综采工作面瓦斯抽放采取本煤层顺层 钻孔瓦斯抽放与采空区高抽巷瓦斯抽采技术以后，在 工作面配风较小的情况下，保证工作面及其回风流中 瓦斯不超限，消除了工作面上隅角瓦斯聚积，回风巷 瓦斯时常超限的不安全隐患。这样做，为工作面乃至 全矿井的安全生产提供了有力保障，保证了井下职工 的生命财产安全，稳定了矿区社会秩序，具有深远的 政治意义和良好的社会效益。 参考文献 ［1］ 冯磊.复杂地质条件工作面回采期间瓦斯治理技术实践 ［J］ . 能源技术与管理， 2020， 451 46-47. ［2］ 邓东生， 彭行球， 孙颢， 等.高瓦斯突出矿井卸压开采瓦斯综合 治理实践 ［J］ .能源与环保， 2019， 418 1-4. ［3］ 张帅.五阳煤矿大直径钻孔抽采上隅角瓦斯技术及应用 ［J］ . 煤， 2019， 282 65-66. ［4］ 焦振营.顺层瓦斯预抽钻孔布置参数及抽采效果分析 ［J］ .能 源与环保， 2019， 4111 40-42. ［5］ 欧阳习文.高瓦斯矿井本煤层钻孔瓦斯抽采工艺改进 ［J］ .江 西煤炭科技， 20193 119-121. ［6］ 李欣.浅谈高河煤矿高抽巷的布置及瓦斯抽放效果 ［J］ .煤矿 现代化， 20196 166-167. 责任编辑白洁 载的技术要求。 该材料热聚反应后的固结体具有抗腐蚀、抗静电、 抗水渗等特性，完全阻燃，经点火实验为不可燃凝聚 物，满足 AQ 10892011 煤矿加固煤岩体用高分子 材料 的相关技术标准和使用要求。 4注浆设备 钻孔采用锚杆钻机或手持式风煤钻打眼，并配备相 应长度的钻杆和相应数量的 椎28 mm 钻头。封孔、注浆 采用 QB6C 型气动高压双液注浆泵，与注浆设备配套的 进风管路为 椎25 mm 高压风管，出浆管为 椎10 mm 高 压钢丝软管。 5结语 通过在 15108 综采面实施超前注浆加固地质构造 段松散破碎煤岩体，共计施工注浆孔 33 个，压注固特 珑化学浆 22 t，在支架上方构建形成 3耀4 m 厚的再生 胶结假顶支护层，生成了具有较高黏结性的有机弹性 体，其形成网络骨架后把松散的煤岩体黏结到一起， 起到了补强加固作用，增强了支架上覆破碎岩石的整 体抗压强度。 在工作面推进 26 m 的过程中，扶架作业安全顺 利，实现了工作面机组滚筒切割之后、移架之前直接 顶板不垮落或减少垮落，使注浆区域有效支撑顶板和 固结煤帮，提高了工作面破碎段顶板和煤壁的整体强 度，为工作面及时、安全、快速推进提供了安全保证。 注浆技术工艺参数满足现场揭露地质构造段地质 条件的要求。针对平均厚度为 3.8 m 的 15煤层直接顶 为 K2灰岩岩性，采用的固结特性的专项材料配方科学、 合理，加固后的破碎围岩黏结强度足以满足工作面正 常推进要求的空顶距离，各项安全技术措施落实到位， 安全经济效益和社会效益显著，具有推广应用价值。 参考文献 ［1］ 南河煤业公司.山西煤炭运销集团南河煤业有限公司兼并重 组整合矿井初步设计 ［R］ .太原 山西源通煤矿工程设计研究 院， 2011. ［2］ 马国学.煤岩体化学注浆加固技术应用研究 ［D］ .北京 中国矿 业大学， 2007. ［3］ 张龙.高分子材料在煤巷冒顶区中的应用实践 ［J］ .能源与节 能， 20156 150-151. ［4］ 刘凤鸣.固特珑注浆材料在综采面过断层中的应用 ［J］ .能源 与节能， 201412 182-184. （ 责任编辑白洁 ） 环保节能产业发展中存在的问题 中国节能环保产业虽然有了较快发展， 但总体上看， 发展水平还比较低， 与需求相比还有较大差距， 主要存在 以下问题 a 创新能力不强。以企业为主体的节能环保技 术创新体系不完善， 产学研结合不够紧密， 技术开发投入 不足。一些核心技术尚未完全掌握， 部分关键设备仍需要 进口，一些已能自主生产的节能环保设备性能和效率有 待提高。b 结构不合理。企业规模普遍偏小， 产业集中度 低， 龙头骨干企业带动作用有待进一步提高。节能环保设 备成套化、 系列化、 标准化水平低， 产品技术含量和附加 值不高， 国际品牌产品少。 c 市场不规范。 地方保护、 行业 垄断、低价低质恶性竞争现象严重；污染治理设施重建 设、 轻管理， 运行效率低； 市场监管不到位， 一些国家明令 淘汰的高耗能、高污染设备仍在使用。d 政策机制不完 善。资源性产品价格改革和环保收费政策尚未到位， 财税 和金融政策有待进一步完善， 企业融资困难， 生产者责 任延伸制尚未建立。e 服务体系不健全。市场化服务模 式有待完善；再生资源和垃圾分类回收体系不健全； 节 能环保产业公共服务平台尚待建立和完善。 156