红柳煤矿1122工作面辅运巷注浆堵水技术实践

赵文华王建波胡东亮张云峰

(1.西安科技大学能源学院,陕西省西安市,710054;2.神华宁夏煤业集团公司红柳煤矿,宁夏回族自治区灵武市,750408;3.中国矿业大学,江苏省徐州市,221008)

红柳煤矿1122工作面辅运巷注浆堵水技术实践

赵文华1,2王建波2胡东亮3张云峰3

(1.西安科技大学能源学院,陕西省西安市,710054;2.神华宁夏煤业集团公司红柳煤矿,宁夏回族自治区灵武市,750408;3.中国矿业大学,江苏省徐州市,221008)

介绍了红柳煤矿1122工作面辅运巷淋水情况,分析了SZD-1型赛瑞单组份堵水剂的堵水特性,通过确定注浆孔的布置及参数、施工流程和注浆顺序,对1122工作面辅运巷进行注浆堵水试验,结果表明,在淋水侧使用铺帆布的方法搜集的淋水量由注浆前的20 L/min,降低到注浆堵水施工后4 L/min,淋水量降低80%,效果良好。

顶板淋水 赛瑞堵水剂 注浆堵水 红柳煤矿

1 概况

1122工作面位于红柳井田中东部,为矿井11采区2#煤层首采工作面,工作面埋深150～350 m,走向长1889 m,平均倾斜长302 m,煤厚3.1～6.1 m,平均 5.28 m,倾角 5.3～15.5°,平均8.5°,可采储量381万t。1122工作面辅运巷平行于1122工作面进风巷,位于其东北方向35 m,见图1。红柳煤矿水文地质勘探类型划为二类一型,即以裂隙含水层充水为主、水文地质条件简单的矿床。勘探报告采用大井法、狭长水平巷道地下水动力学法和富水系数比拟法分别计算,预测矿井生产时井下正常涌水量为618 m3/h,最大涌水量为713 m3/h。目前1122工作面辅运巷存在的主要问题有:巷道顶板3～6 m处在含水层中、顶板淋水较大;巷道使用全工字钢支护,支付成本高;巷道运输条件、行人环境差。

图1 1122工作面辅运输巷布置

2 注浆堵水方案

2.1 国内堵水材料简介

目前,常用的堵水材料有聚氨酯(PU)、丙烯酸酯、聚合物水泥复合材料及聚合物改性乳化沥青等,其中聚氨酯使用较为广泛,聚氨酯防水涂料由A、B两组分构成,使用时两组分须严格按规定比例称量、混合,施工不方便,其中含有大量的有机溶剂,并且常用胺类固化剂(如MOCA)作B组分扩链剂,这些物质都对健康和环境有不利影响。因而近年来,单组分水固化聚氨酯防水涂料的研究逐渐活跃,该涂料以水为固化剂,与传统的固化剂相比,具有施工方便、无毒、无污染、成本低和能在较宽的温度范围内固化等优点。

2.2 赛瑞堵水剂简介

SZD-1型赛瑞单组份堵水剂是一种油溶性单组份聚氨酯快速注浆堵水材料,具有固化快、发泡倍数大、固化强度高、堵水效果好等特点,是迄今为止带水、带压化学灌浆堵漏施工、地基加固、混凝土补强的优选材料。可广泛使用在煤矿、地铁和隧道等地下工程的涌水、渗水的防渗堵漏处理。

SZD-1型赛瑞单组份堵水剂性能特点:(1)阻燃性好,施工安全性好;(2)遇水后立即反应,粘度增加,生成不溶于水的凝固体,具有较强的机械强度;(3)膨胀倍数高:自由发泡时,一般可达20倍以上;(4)浆液遇到水反应放出CO2气体,使浆液膨胀向周围扩散,产生二次渗透现象,因而有较大的渗透半径和凝固体积比,它不受地层水压的限制,且随着水压的增高,浆液膨胀受到限制后行成的凝固体将越紧密,抗渗性和强度也随之增高;(5)操作简便,浆液为单组份,只需普通的单液灌浆泵,使用方便。

2.3 赛瑞注浆堵水工艺

(1)试验巷道位置。1122工作面辅运巷2#联络巷往北20～40 m段的淋水量较大,此次试验巷道长为10 m,试验地点为1122工作面辅运巷2#联络巷往北20～30 m段。

(2)注浆孔布置。由于施工巷道已经成形,故设计在原有锚杆、锚索之间以三花眼方式布置注浆孔,通过注浆孔注浆堵水,并对围岩起到一定的加固作用。1122工作面辅运巷断面宽5000mm,钻孔布置采用巷道全断面顶部均匀布置1排3个注浆孔,注浆孔呈三花眼方式排列,中间孔垂直顶板钻进,左边孔(无风筒)左偏30°,距中间孔2000mm,右边孔(有风筒)右偏40°,距中间孔1000mm,注浆孔布置见图2。

图2 注浆孔布置图

根据实际施工条件及注浆堵水工艺要求,设计注浆孔径为42mm,先采用ø28mm钻头成孔后用ø42mm钻头扩孔50～100mm,孔深6000mm。

试验巷道全长10 m,相邻组注浆孔交叉布置形成梅花孔,排距2500mm,共5组。

3 现场施工及效果

3.1 注浆堵水施工

(1)现场施工流程:①检查注浆孔,务必将注浆孔内残渣等清洗干净;②检查、连接注浆泵,接入压风管;③试运行注浆泵,当确认吸浆管吸浆、出浆管出浆均正常后,即可准备注浆;④将出浆管与枪头连接,随后接上封口器、里端注浆花管并送入孔内扶稳,封口器根据孔内裂隙发育情况合理伸入,到位后确认一切准备就绪即可注浆;⑤每个孔注浆宜连续注完,当孔周边裂隙渗料或注浆压力达到5 MPa后即停止注浆,进行下一个孔注浆;注浆期间,应有一人控制注浆泵开关,一人照看吸料桶,随时添加堵水剂以防吸空,另有一人全面协调、观察注浆施工过程,若中间出现故障等需停泵处理时,应先停风然后再进行处理;⑥注浆孔施工顺序应交叉进行,循环推进,直至注浆堵水区段全部注完为止;⑦注浆完毕后,确认施工效果,采用清洗机油对注浆泵进行全面清洗,以防活塞、管体内部等积料堵塞;⑧清理工作现场。

(2)施工参数。设计单孔注浆量20～100 kg,注浆泵注浆压力0～7 MPa,注浆泵采用气力运转,所需压风风压0.3～0.8 MPa。

(3)注浆孔注浆顺序。含水层位置为巷道顶板上方3～6 m,巷道靠人行一边淋水较小,靠带式输送机一边淋水较大,故采取先在含水层流动前方的注浆孔进行注浆,目的是截断水流,封堵胶带侧淋水。注浆钻孔采用深浅孔交叉分布等方式布孔,注浆操作由快变慢,保证注浆扩散效果,同时还要注重材料反应封堵效果。

3.2 注浆堵水效果监测

注浆前在淋水侧使用铺帆布的方法搜集的淋水量约为20 L/min,待注浆堵水施工完成后,使用同样的方法搜集的淋水量约为4 L/min,淋水量减少到原来的20%,堵水效果显著,堵水施工过程中每天抽检淋水量如图3所示。

图3 实验巷道淋水量

结合本次的注浆施工发现,堵水效果还可以提高,注浆施工的实施方向是:增加堵漏材料的用量,可以提高堵水效果,但到后期堵漏材料用量增大时,堵水效果提高的不显著,因此要注意堵漏材料使用量问题;将注浆堵水与引排水相结合,具体作法在淋水量大的位置使用注浆堵水,同时将水引到排水沟,在其余的部位使用注浆堵水;打钻钻孔设计时根据实际打钻的出水深度,确定每个钻孔的方位及深度,注浆时确保每个钻孔的注浆量合适,既保证注浆材料的效能发挥到最大,又避免了对钻孔的盲目注浆;对于由一些细小渗水裂隙造成的漏水,可以对这些裂缝使用水不漏材料进行处理,水不漏具有防潮、防渗、防水的特性,它抗漏强度高,粘结力强,耐水性好。

注浆堵水施工中SZD-1型赛瑞单组份堵水剂用量为0.5 t,市场价格为2400元,试验巷道共计10 m,每米巷道的堵水成本为240元。

4 结论

(1)SZD-1型赛瑞单组份快速堵水剂,具有良好的堵水效果,与水反应后膨胀倍数大,黏性增强,性能优于同类产品。

(2)注浆堵水施工中需将引排水和注浆堵水相结合,充分发挥两者的优势。

[1]刘国杰,耿耀宗.涂料应用科学与工艺学[M].北京:中国轻工业出版社.1999

[2]游长江.国外水性环氧树脂和水性聚氨酯涂料的研究进展[J].化学建材,1998(3)

[3]易长海.单组分水固化聚氨酯防水涂料的研究[J].新型建筑材料,2007(2)

[4]李绍雄,朱吕民.聚氨酯树脂[M].南京:江苏科学技术出版社,1992

[5]刘意.聚氨酯涂料的研究进展[J].辽宁化工,2002(3)

(责任编辑 梁子荣)

Grouting for water blocking in auxiliary haulage way of 1122 Working Face in Hongliu Coal Mine

Zhao Wenhua1,2,Wang Jianbo2,Hu Dongliang3,Zhang Yunfeng3
(1.College of Energy Science and Engineering,Xi’an University of Science and Technology,Xi’an,Shaanxi 710054,China;2.Hongliu Coalmine,Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co.,Ltd.,Lingwu,Ningxia 750408,China;3.China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221008,China)

The water leakage in auxiliary haulage way of 1122 working face in Hongliu coalmine was introduced and the characteristics of single-component water shut-off agent in type of Sairui SZD-1 was analyzed.The experiment of grouting for water-blocking was carried out in auxiliary haulage way of 1122 working face,after determining the layout and parameter of grouting hole,construction process and grouting order.The results show that the volume of water leakage drops down from 20 L/min to 4 L/min by 80%after grouting,showing a very good shut-off effect.

roof leaking,Sairui water shot-off agent,grouting for water blocking,Hongliu Coal Mine

TD743

B

赵文华(1968-),男,正高级工程师,现任神华宁煤集团红柳煤矿生产副矿长,在读博士。