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煤岩固化防突技术在松河矿石门揭煤中的应用

文档作者：李青松韩真理马曙文档来源： 1．贵州省矿山安全科学研究院 2．贵州省煤矿设计研究院		点击数：	更新时间： 2022年08月31日
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2010年第7期 煤炭工程
煤岩固化防突技术在松河矿
石门揭煤中的应用
李青松 ，韩真理 ，马 曙
(1．贵州省矿山安全科学研究院，贵州贵阳550025；2．贵州省煤矿设计研究院，贵州贵阳550025)
摘要：针对常规防突措施的不足，采用煤体注浆固化的方法来提高石门揭煤处煤体强度和
增强围岩的稳定性，从而降低煤层中初始释放瓦斯膨胀能来防止煤与瓦斯突出。煤岩固化方法的
防突机理主要是改变了煤岩体物理结构性质，尤其是在石门揭煤过程中，为石门揭煤过程整个工
序提供了可靠的安全保障，可以实现安全快速揭煤。
关键词：石门揭煤；煤岩固化；防突措施
中图分类号：TD713 ．3 文献标识码：B 文章编号：1671—0959(2010)07~031I()3
石门揭煤发生突出的特点是强度大、涌出的瓦斯量大，
对井下的破坏作用大，危害严重⋯ 。煤与瓦斯突出是煤体
结构、煤层所含瓦斯、地应力等因素综合作用的结果。煤
体自身松散、破碎的结构和大量带压瓦斯，是导致突出的
主要因 。在石门揭煤条件下，煤层中软分层厚度是一
个重要的决定煤层突出危险性的因素。顶底板岩石硬，意
味着这些岩石强度较高，破坏时又会突然垮落，失去承载
能力。当巷道穿越石门时，岩石内的破裂带较小，如果煤层
护，支护参数不变。再次用单体支护从机头推移前部输送
机，采煤机斜切进刀割煤，割煤20m后停机。此时机头段已
经形成6m的调架三角形断面，使用绞车和单体支柱进行调
架安装作业，把沿切眼倾斜方向安装的液压支架调架到位，
调架后将支架升起支撑顶板，并及时沿切眼方向补充液压支
架支护准备扩帮段切眼顶板。然后第三次重复以上进刀方
式，使切眼机头断面达到6．6～6．7m，安装前梁缸铰接销升
起前梁支护顶板。当扩帮断面满足不了支架调架安装要求
时，继续用上述方法向机尾推移前部刮板输送机，采煤机中
部斜切进刀往返割煤，使切眼断面满足液压支架安装尺寸继
续安装支架。如图3所示。以此类推，直到切眼液压支架安
装全部结束。当采煤机在构造煤段扩帮前，提前采取局部注
马丽散化学浆使碎粒状构造煤结成整体，提高煤体完整性。
胶
图3 逐段扩帮安装示意图
4 结语
1)在复杂地质构造或矿压大的条件下，传统的综采切
眼安装工艺，切眼成形断面大，容易造成地鼓、片帮，顶板
离层甚至冒顶等不利因素。采用液压支架支护与采煤机进行
二次分段扩帮的安装工艺，实现了小断面条件下综采支架的
安装，有效的维护了顶板。支护强度大，安全系数高。
2)新安装工艺改善了复杂地质构造条件下综放工作面
安装的适应能力，安装时间短、节约工效、降低劳动强度、
减少材料消耗等优点，在实际应用中十分有效。
3)此安装工艺使工作面安装完后，设备运行就已调试
成功，不需要进行调试试生产就可以满负荷出煤。
参考文献：
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2006，(4)：30～31．
[2] 沈哲，傅雪海，王可新．常村煤矿煤与瓦斯突出区域预测[J]．
煤炭科学技术，20lO，(1)．
[3] 杜士波．东庞矿水淹巷道构造破碎带高冒区加固技术[J]．
煤炭科学技术，2O09，(8)．
[4] 宋金旺．火成岩侵入的特厚破碎煤层全煤动压巷道支护[J]．
煤炭科学技术，2009，(12)．
(责任编辑章新敏)
收稿日期：2010—02—02
基金项目：贵州省科技厅重大专项计划项目(黔科合重大专项字[2008]6012)
作者简介：李青松(1981一)，男，安徽安庆人，现就职于贵州省矿山安全科学研究院，主要从事瓦斯灾害预测及防治
方向研究、安全技术和煤矿科研与咨询等方面的工作。
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煤炭工程 2010年第7期
的强度较低，煤体内的破裂带较大，则在煤岩交界处存在
着一个破裂范围由小到大过渡阶段。在破裂线以外，地应
力较大，煤体中的瓦斯不易泄露，能够维持较高的瓦斯压
力，具有突出危险性。
从根本上消除由于煤体物理力学结构造成的突出可能
性，需采用煤岩固化方法提高煤体强度，使得煤体强度处
于主导地位，就可以有效地防止煤与瓦斯突出，实现安全
生产 。
1 煤岩固化防突机理及注浆固化施工工艺
1．1 煤岩固化防突机理
所谓固化防突，就是向松软煤体中压注适应煤层特性
的固化液，使其在一定的压力下，渗透于煤体的裂隙和孔
隙之中，使煤的内表面形成粘合胶结，改变煤的不均质性，
提高煤体强度和自身承载能力，增加煤与瓦斯突出时的阻
力。同时封闭和凝固固化范围内的瓦斯，减缓或阻止压缩
的瓦斯势能转变为动能，而使瓦斯潜能钝化，从而达到防
突的目的 J。
1．2 注浆固化施工工艺
注浆材料为美固364，该产品适用于稳定煤层和岩层、·
固化破碎煤层、岩层及采煤工作面。其渗透性极强，可渗
透到0．14ram以上宽度的缝隙，在对结构强度和韧性要求
较高的条件下具有超快速反应特性。注浆设备选择ZBQS一
12／10煤矿用气动双液注浆泵 J。施工工艺可分为钻孔、
封孔、压注三个工序。
施工工艺：标孔一钻孔一检查钻孔质量一安装注浆管
及封孔部件一封孔一准备浆液一开泵注浆一凝固一检查注
浆质量一验收。
2 实例分析
2．1 注浆钻孔设计参数
注浆钻孔设计参数数据见表1。
表1 钻孔设计基础参数
设计时沿巷道周边垂距10．4m范围内进行注浆加固；
在煤层中实际沿巷道周边保护带范围，巷道沿迎头方向上
下各800ram、巷道沿两帮方向在煤层顶板处左右5400mm。
注浆孔浆液扩散半径为1．5m。松河矿井过12号煤层煤岩
体固化范围如图1所示。
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图1 岩体固化范围示意图(mm)
2．2 注浆加固效果检验
1)注浆前后煤体坚固性系数变化
在1580轨道石门12号煤层注浆后取样实测煤体坚固
性系数为8，大于0．5；瓦斯放散初速度为0．6，小于10，
固化后的指标值均在《防治煤与瓦斯突出规定》规定的临
界值以下，可视为无突出危险，固化防突效果非常明显，
可以保证安全揭煤。
2)注浆前后煤(岩)力学性能分析
实验人员在注浆前后分别取了17、18号煤层的顶底
板、煤样在实验室进行了岩性注浆试验，试验结果见表2。
从表中可以得知，不管是煤层的顶板还是底板以及煤样在
进行注浆后，煤体的物理力学结构都发生了很大的变化，
坚固性得以很大的提高，能够将抗压强度最大提升到加固
前的3．5倍。
表2 注浆前后围岩力学性能对照表
注浆前煤(岩)体力学性能 注浆后煤(岩)加固体的力学性能
抗压强度／MPa 抗压强度／MPa
3)注浆前后巷道围岩松动圈测试分析
注浆前后围岩松动圈测试对照见表3。用顶板岩层钻孔
观测仪对围岩进行松动圈观测，取1580轨道石门作为观测
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2010年第7期 煤炭工程
考察巷道，分析结果如图2所示。
表3 1580轨道石门注浆前后围岩松动圈测试对照表
注浆前巷道围岩松动 注浆后巷道围岩松动
圈测试结果／mm 圈测试结果／1Tlln
通过固化前后松动圈数据比较，可以看出注浆效果良
好。另外，轨道石门距交叉点575m滞后迎头20m处测试，
该处无松动圈，说明该处注浆效果良好，回风石门应用煤
体注浆加固技术同样得到很好的效果。
I．81_71．61．51．41_31-2I．1 1 0．90．80．70．6050．4 0．3
孔深／m
4)注浆前后巷道两帮、顶板移近量分析
通过设置观察点，测定巷道顶底板变化情况。根据顶
板岩层钻孔观测仪对注射深度观测，矿压观测数据、移近
曲线及试验井巷实际情况综合分析，得出结论：注浆加固
段巷道两帮、顶板移近率明显低于未注浆参照段，观测期
间注浆加固段观测站两帮最大移近量6mm，平均移近量
3mm，参照段观测站两帮最大移近量13mm，平均移近量
8mm。注浆加固段观测站顶板最大移近量3mm，平均移近
量2mm，参照段观测站顶板最大移近量6mm，平均移近
量5mm。因此，美固364注浆加固产品其胶结固化性能
良好。
70
60
50
40
30
20
10
O
1．9 1 7 1 5 1 3 1 l 0 9 0 7 0．5
孔深／『11
图2 1580轨道石门550m 处左侧测子L注浆加固前后围岩松动探测对照图
5)注浆加固后探测孔观察情况
为探测巷道围岩节理裂隙发育等结构面分布和变化状
况及浆液渗透情况，采用Fs75型光导纤维钻孔窥视仪进行
观测。观测结果如图3所示。
图3 距巷道孔口4．22m处渗出浆液
从图可以看出，针对松河矿井1580轨道石门和同一地
质构造的注浆渗透情况效果明显，在有裂隙发育的地方都
能很好的得到渗透。与该巷道相同地质单元注浆孔深可设
计3～5m为宜。
3 结论
1)煤岩体固化的方法可以加固煤体，提高煤体强度；
同时可以改变围岩的松散结构，提高粘结力和内摩擦角，
封闭裂隙阻止水对岩体侵蚀，使岩体强度显著提高。从而
降低煤层中初始释放瓦斯膨胀能来防止煤与瓦斯突出。
2)煤岩固化防突措施具有工艺简单，适用性广，防突
周期短的优点，尤其是在石门揭煤过程中，为石门揭煤整
个工序提供了可靠的安全保障，可以实现安全、快速揭煤。
参考文献：
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(责任编辑李泽荃)
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