CN111620657A - 矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料及其施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道及煤层开采技术领域，矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料，由如下原料制成：A料浆液：硫铝酸盐熟料100份、萘系减水剂1～2份、羟基羧酸缓凝剂0.6～0.9份，硫铝酸盐膨胀剂1～5份，水100～150份；B料浆液：二水石膏90份、石灰15份、一级粉煤灰15份、减水剂1～2份、速凝剂1～4份，偏铝酸钠早强剂1～5份，悬浮剂羧甲基纤维素钠1～3份，水100～150份；使用时A料浆液和B料浆液1∶1混合。本注浆材料，注浆材料具有流动性好、与煤体粘结性能好等特点，凝结后早期强度大、抗压与抗折强度大，能够大幅增加顶板破碎岩体强度，保证巷道稳定性，为下一步瓦斯抽采钻孔的施工及密封创造良好条件。本发明还提出该浆料的施工方法。
Description
技术领域
本发明属于隧道及煤层开采技术领域，具体涉及矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料及其施工工艺。
背景技术
破碎围岩广泛存在于煤矿井下，由于地质构造、围岩性质、应力作用、水力侵蚀等都极易造成破碎煤岩体，这类围岩由于本身物理力学性质发生改变，岩石强度大幅度降低，围岩稳定性差，不能有效地承载覆岩本身及采动应力，严重影响煤矿安全生产。对于煤矿瓦斯抽采底抽巷，由于巷道层位一般位于煤层下方6m～20m，当顶板存在软岩破碎带时，极易与煤层发生离层，造成顶板冒顶甚至大面积垮落，不仅给人员及设备带来严重威胁，而且严重影响瓦斯抽采钻孔的施工及气体抽采的密闭性，造成瓦斯抽采钻孔漏气。因此需要对底抽巷顶板的软岩破碎区域进行注浆加固作业。
目前常采用的注浆材料主要有水泥类、化学类等。水泥类注浆材料流动性好，价格便宜，但早期强度小，易固化收缩；化学类材料早期强度大，但耐久性差、价格高且有可能造成发火危险，实践证明仅采用上述材料，其技术效果、成本、安全性等方面均不理想。因此，研究具有流动性好、早期强度大、结节性好、易操作的新型注浆加固材料具有重要意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出的矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料，注浆材料具有流动性好、与煤体粘结性能好等特点，凝结后早期强度大、抗压与抗折强度大，能够大幅增加顶板破碎岩体强度，保证巷道稳定性，为下一步瓦斯抽采钻孔的施工及密封创造良好条件。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
在第一个技术方案中，矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料，由如下重量份的原料制成：
A料浆液：硫铝酸盐熟料100份、萘系减水剂1～2份、羟基羧酸缓凝剂0.6～0.9份，硫铝酸盐膨胀剂1～5份，用水量为100～150份；
B料浆液：二水石膏90份、石灰15份、一级粉煤灰15份、减水剂1～2份、速凝剂1～4份，偏铝酸钠早强剂1～5份，悬浮剂羧甲基纤维素钠1～3份，用水量100～150份；
使用时A料浆液和B料浆液1：1混合。
在第一个技术方案中，矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料，其制备方法如下：
A料浆液：将100～150份水加入A料搅拌桶中，加入萘系减水剂1～2份、羟基羧酸缓凝剂0.6～0.9份，硫铝酸盐膨胀剂1～5份，搅拌三分钟，缓慢加入硫铝酸盐熟料100份，搅拌5分钟至浆液均匀。
在第一个技术方案中，矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料，其制备方法如下：
B料浆液：将100～150份水加入B料搅拌桶中，加入萘系减水剂1～2份、偏铝酸钠早强剂1～5份，羧甲基纤维素钠悬浮剂1～3份，搅拌2分钟，缓慢加入石膏90份、石灰15份、粉煤灰15份，搅拌均匀5～8分钟至浆液均匀。
在第二个技术方案中，矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料施工工艺，使用在第一个技术方案中的矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料，包括如下步骤：
步骤1、按设计在底抽巷顶板软岩破碎区域施工注浆钻孔，钻孔间距1～3m，孔径42mm，孔深8～15m，倾角450-700，钻孔施工完成后，清理孔内矿渣，使得钻孔内表面平整规则；
步骤2、钻孔施工完成后开始制备浆液，准备两份水，并向两份水中按比例加入外加剂，搅拌至外加剂溶解完全；再分别向两份水中缓慢加入A料浆液和B料浆液，并不断搅拌，制成A料浆液备用料和B料浆液备用料待用；
步骤3、将A料浆液备用料和B料浆液备用料充分混合，混合后的浆液通过具有封孔器的注浆设备向钻孔内注浆。
在第二个技术方案中，作为优选的，在步骤3中，在注浆过程中，首先大流量注浆2分钟左右，使得封孔器受压膨胀密封钻孔，随后根据泵压及漏浆情况适当调节注浆泵注浆速度，使得注浆压力控制在2～4MPa，注浆作业过程中出现漏浆现象时，立刻停止注浆，间隔10分钟后再次注浆，漏浆处可自行封堵。
使用本发明的有益效果是：
矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料的施工工艺很好得解决了底抽巷巷道稳定性问题，应用所述配比材料，工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆效果明显。
附图说明
图1为本发明矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料及其施工工艺示意图。
图2为本发明矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料及其施工工艺中底抽巷巷道注浆钻孔与瓦斯抽采钻孔空间位置图
附图标记包括：
1-A料搅拌桶；2-B料搅拌桶；3-搅拌桶出料球阀；4-注浆泵吸浆管；5-注浆泵；6-注浆泵注浆球阀；7-单料注浆软管；8-混合器；9-混合料注浆软管；10-孔口球阀；11-胶囊封孔器；12-注浆孔；13-注浆管筛管；14-瓦斯抽采钻孔；15-煤层；16-底抽巷；17-底抽巷顶部软岩破碎带。
具体实施方式
为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。
实施例1
本实施例提出的矿井工作面底抽巷16软岩破碎顶板注浆材料，由如下重量份的原料制成：
A料浆液：硫铝酸盐熟料100份、萘系减水剂1～2份、羟基羧酸缓凝剂0.6～0.9份，硫铝酸盐膨胀剂1～5份，用水量为100～150份；B料浆液：二水石膏90份、石灰15份、一级粉煤灰15份、减水剂1～2份、速凝剂1～4份，偏铝酸钠早强剂1～5份，悬浮剂羧甲基纤维素钠1～3份，用水量100～150份；使用时A料浆液和B料浆液1∶1混合。
其中A料浆液的制备方案如下：将100～150份水加入A料搅拌桶1中，加入萘系减水剂1～2份、羟基羧酸缓凝剂0.6～0.9份，硫铝酸盐膨胀剂1～5份，搅拌三分钟，缓慢加入硫铝酸盐熟料100份，搅拌5分钟至浆液均匀。B料浆液的制备方案如下：将100～150份水加入B料搅拌桶2中，加入萘系减水剂1～2份、偏铝酸钠早强剂1～5份，羧甲基纤维素钠悬浮剂1～3份，搅拌2分钟，缓慢加入石膏90份、石灰15份、粉煤灰15份，搅拌均匀5～8分钟至浆液均匀。
具体的，矿井工作面底抽巷16软岩破碎顶板注浆材料，其中A料浆液以硫铝酸盐水泥熟料为主料，添加少量添加剂为辅料，B料浆液以石膏、石灰、一级粉煤灰为主料，添加少量添加剂为辅料。分别按A料浆液质量水灰比1.1～1.4，B料浆液水灰质量比1.1～1.4，配比制成A料浆液、B料浆液，注浆时，A料浆液、B料浆液体积比按照1∶1通过混合器8混合，注入钻孔加固岩体，其具有凝结速度快，早期强度高，与煤体粘结性好等特点。A料浆液各组分及质量份数分别为：硫铝酸盐熟料100份、萘系减水剂1～2份、羟基羧酸缓凝剂0.6～0.9份，硫铝酸盐膨胀剂1～5份，用水量为100～150份；B料浆液各组分及质量份数分别为：二水石膏90份、石灰15份、一级粉煤灰15份、减水剂1～2份、速凝剂1～4份，偏铝酸钠早强剂1～5份，悬浮剂羧甲基纤维素钠1～3份，用水量100～150份。加固浆液混合工艺为：A料浆液：将100～150份水加入A料搅拌桶1中，加入萘系减水剂1～2份、羟基羧酸缓凝剂0.6～0.9份，硫铝酸盐膨胀剂1～5份，搅拌三分钟，缓慢加入硫铝酸盐熟料100份，搅拌5分钟至浆液均匀；B料浆液：将100～150份水加入B料搅拌桶2中，加入萘系减水剂1～2份、偏铝酸钠早强剂1～5份，羧甲基纤维素钠悬浮剂1～3份，搅拌2分钟，缓慢加入石膏90份、石灰15份、粉煤灰15份，搅拌均匀5～8分钟。
实施例2
如图1所示，本实施例中，矿井工作面底抽巷16软岩破碎顶板注浆材料施工工艺使用的设备结构如下，包括A料搅拌桶1、B料搅拌桶2、搅拌桶出料球阀3、注浆泵吸浆管4、注浆泵5、注浆泵注浆球阀6、单料注浆软管7、混合器8、混合料注浆软管9、孔口球阀10、胶囊封孔器11和注浆管筛管13，其中注浆泵5的进料端通过注浆泵吸浆管4分别连接A料搅拌桶1和B料搅拌桶2，在注浆泵吸浆管4上设有搅拌桶出料球阀3，注浆泵5的出料端通过单料注浆软管7连接混合器8的进料端，在单料注浆软管7上设有注浆泵注浆球阀6，混合器8的出料端通过混合料注浆软管9连接注浆管筛管13的尾部，在注浆管筛管13的外部设有胶囊封孔器11，混合料注浆软管9上设有孔口球阀10。
如图2所示，本实施例中注浆孔12开设在底抽巷16和煤层15之间的底抽巷顶部软岩破碎带17处，底抽巷16钻取若干个瓦斯抽采钻孔14，瓦斯抽采钻孔14和注浆孔12错层布置。
如图1、图2所示，矿井工作面底抽巷16软岩破碎顶板注浆材料施工工艺包括如下步骤，步骤1、按设计在底抽巷16顶板软岩破碎区域施工注浆钻孔，钻孔间距1～3m，孔径42mm，孔深8-15m，倾角450-700，钻孔施工完成后，清理孔内煤渣，使得钻孔内表面平整规则，施工完成钻孔后，进行注浆作业。
步骤2、钻孔施工完成后开始制备浆液，A料浆液与B料浆液同时制备，浆液混合比例为1∶1，同时向A料、B料两个搅拌桶内加入200kg的水，向两桶内分别按照比例加入外加剂，搅拌2分钟至溶解完全，再分别向两桶缓慢加入A料浆液和B料浆液，并不断搅拌，避免料体结块造成搅拌不均，充分搅拌5～8分钟。
步骤3、通过A料搅拌桶1与B料搅拌桶2的底部主料口与注浆吸管连接，打开搅拌桶出料阀门，使得浆液进入注浆泵5，注浆泵5通过双系统注浆，将A料浆液与B料浆液输送到混合器8中，浆液混合器8连接注浆管，同时向钻孔进行注浆，孔内注浆管为4分铁管，前端加工间距为20mm，孔径为5mm的筛孔，孔口端连接胶囊封孔器11，封孔器连接高压注浆软管，高压注浆软管连接浆液混合器8。
步骤4、注浆作业时，首先注浆泵5大流量注浆2分钟左右，使得封孔器11受压膨胀密封钻孔，随后根据泵压及漏浆情况适当调节注浆泵5注浆速度，使得注浆压力控制在2～4MPa，注浆作业过程中出现漏浆现象时，要立刻停泵，间隔10分钟后再次开泵注浆，此时漏浆处一般可自行封堵，注浆量随着注浆过程逐渐减少，平均每个钻孔注浆量约为300～800kg，根据煤体破碎程度，注浆量可做适当的调整。注浆完成后，用清水洗泵。以免泵体堵塞。
步骤5、注浆加固浆液A料浆液与B料浆液在为混合前流动性较好，混合后15分钟内流动性较好，15分钟后停止流动，22分钟后开始初凝，45分钟开始终凝，1d抗压强度为8MPa，3天抗压强度为25Pa，早期强度高，与煤体粘结度高。
注浆完成后，加固岩体达到规定强度后，开始施工瓦斯抽采钻孔14，瓦斯抽采钻孔14施工至煤层15顶板以上发出，开始封孔注浆，达到要求强度后，开始联网抽采瓦斯。
矿井工作面底抽巷16软岩破碎顶板注浆材料的施工工艺很好得解决了底抽巷16巷道稳定性问题，应用所述配比材料，工作面底抽巷16软岩破碎顶板注浆效果明显。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。
Claims (5)
1.矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料，其特征在于：由如下重量份的原料制成：
A料浆液：硫铝酸盐熟料100份、萘系减水剂1～2份、羟基羧酸缓凝剂0.6～0.9份，硫铝酸盐膨胀剂1～5份，用水量为100～150份；
B料浆液：二水石膏90份、石灰15份、一级粉煤灰15份、减水剂1～2份、速凝剂1～4份，偏铝酸钠早强剂1～5份，悬浮剂羧甲基纤维素钠1～3份，用水量100～150份；
使用时A料浆液和B料浆液1∶1混合。
2.根据权利要求1所述的矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料，其特征在于：其制备方法如下：
A料浆液：将100～150份水加入A料搅拌桶中，加入萘系减水剂1～2份、羟基羧酸缓凝剂0.6～0.9份，硫铝酸盐膨胀剂1～5份，搅拌三分钟，缓慢加入硫铝酸盐熟料100份，搅拌5分钟至浆液均匀；
B料浆液：将100～150份水加入B料搅拌桶中，加入萘系减水剂1～2份、偏铝酸钠早强剂1～5份，羧甲基纤维素钠悬浮剂1～3份，搅拌2分钟，缓慢加入石膏90份、石灰15份、粉煤灰15份。
3.根据权利要求2所述的矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料，其特征在于：其制备方法如下：
将100～150份水加入A料搅拌桶中，加入萘系减水剂1～2份、羟基羧酸缓凝剂0.6～0.9份，硫铝酸盐膨胀剂1～5份，搅拌三分钟，缓慢加入硫铝酸盐熟料100份，搅拌5分钟至浆液均匀；B料浆液：将100～150份水加入B料搅拌桶中，加入萘系减水剂1～2份、偏铝酸钠早强剂1～5份，羧甲基纤维素钠悬浮剂1～3份，搅拌2分钟，缓慢加入石膏90份、石灰15份、粉煤灰15份，搅拌均匀5～8分钟。
4.矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料施工工艺，使用如权利要求1所述的矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、按设计在底抽巷顶板软岩破碎区域施工注浆钻孔，钻孔间距1～3m，孔径42mm，孔深8～15m，倾角450-700，钻孔施工完成后，清理孔内矿渣，使得钻孔内表面平整规则；
步骤2、钻孔施工完成后开始制备浆液，准备两份水，并向两份水中按比例加入外加剂，搅拌至外加剂溶解完全；再分别向两份水中缓慢加入A料浆液和B料浆液，并不断搅拌，制成A料浆液备用料和B料浆液备用料待用；
步骤3、将A料浆液备用料和B料浆液备用料充分混合，混合后的浆液通过具有封孔器的注浆设备向钻孔内注浆。
5.根据权利要求4所述的矿井工作面底抽巷软岩破碎顶板注浆材料施工工艺，其特征在于：在步骤3中，在注浆过程中，首先大流量注浆2分钟左右，使得封孔器受压膨胀密封钻孔，随后根据泵压及漏浆情况适当调节注浆泵注浆速度，使得注浆压力控制在2～4MPa，注浆作业过程中出现漏浆现象时，立刻停止注浆，间隔10分钟后再次注浆，漏浆处可自行封堵。
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