威尔浮充填材料在工作面冒顶处理施工中的应用.doc

威尔浮充填材料在工作面冒顶处理施工中的应用
(1.邢台矿业（集团）有限公司葛泉矿，河北邢台054021；2.邢台同成矿业科技有限公司, 河北邢台054000）
摘要：本文结合邢台矿业（集团）有限公司葛泉矿1521工作面应用威尔浮材料进行充填处理冒顶工程，论述了新型威尔浮充填材料在工作面处理冒顶施工中的应用技术。威尔浮材料自身具有高膨胀率、较好的抗压性能及粘结性能，用其对煤矿井下工作面高冒区进行充填，将高冒区内矸石、支撑物（木垛、工字钢等）及破碎围岩胶结为具有一定强度的密实体，有效地加固冒顶区处的破碎围岩，提高了工作面顶板的整体强度及完整性，人为地改善工作面顶板的受力状况，为安全、高效回采创造了条件，取得较好效果。与传统人工排木垛处理工作面冒顶的方法相比，既可提高工作效率，又减少工人作业的危险性。
关键词：威尔浮材料 采煤工作面 注浆充填 加固
Application of Wilfoam packing material to reinforce roof at working-face
Shang erkao1 , Song yanbo2
(1.Gequan CoalMine of XingTai CoalMining Co,.Ltd, Hebei Xingtai 054021, China,
2.Xingtai Tongcheng Mining and Technology Co., Ltd, Hebei Xingtai 054000, China)
Abstract: Roof cave-area in working face packed by Wilfoam packing material with high expansive ratio and excellent mechanic strength, the waste, support pillar and surrounding rock in the cave-area could be reinforced to become stronger. It will improve the working safety conditions and the working efficiency. The paper introduces the packing project with Wilfoam material in No.1521 working face at Xingtai Tongcheng Mining and Technology Co., Ltd that the soft rock of the working face was reinforced.
Keywords: Wilfoam packing material coal working face pack by injection reinforcement
威尔浮注浆材料是由邢台同成矿业科技有限公司研制成功的有机高分子双液型注浆充填材料,其反应后生成的充填体为密度小、且具有一定强度的轻质泡沫材料。威尔浮注浆材料的主要性能参数如表1。由于其具有较大的膨胀率，膨胀体积为原体积的25-30倍，单位体积空间所用材料少，充填时固体用量少、运输工作量小，每小时可施工50m3，泡沫反应迅速，15秒内即可进行反应，并在60秒时间内硬化，且具有一定的抗压强度（0.5MPa左右）及粘结强度，可快速施工。其发火等级为难燃一级，阻燃氧指数为36%以上，符合煤矿井下安全使用要求[1]，目前已在邢台、峰峰、邯郸、淮南、潞安、阳泉、淄博、新集、焦作等矿区大量应用于煤矿井下破碎岩体注浆加固、巷道或工作面高冒区充填、巷道密闭充填与喷涂等技术领域,技术经济效益和社会效益非常显著。
1. 工程概况
葛泉矿1521综采工作面位于南冀首采区煤层近露头处，倾向长度101.7米，煤层倾角51°(最大)，最小30°，平均39.3°，煤层厚度最大3.8米，最小1.2米，平均2.71米。直接顶为泥质粉砂岩，平均厚度为1.71米，并且带有一层发育稳定、硬度不大的粉砂岩伪顶，老顶为中砂岩，平均厚度为6.18米。该工作面于2004年8月28日开始试生产，工作面推进115米位置时，揭露一条H=2.5米、沿工作面推进方向的倾向断层，并造成工作面第56架~65架范围内顶板发生严重冒顶，工作面被迫停产，停产后冒顶进一步扩大，第56~58架冒顶最严重，冒顶高度约5m。由于工作面倾角太大，用普通方法处理冒顶很不安全，经研究决定采用化学注浆法对冒顶区域的破碎煤岩进行加固：在工作面上巷合适位置用地质钻机向冒顶处和断层破碎带打注浆孔，然后通过注浆孔采用QB-12型气动双液注浆泵向冒顶处破碎带进行威尔浮双液注浆，注浆钻孔布置如图1所示。
H=2.5m,N10°

A
A
1
4
5
2
3
A - A

1— 工作面；2—冒顶松散体；3—高冒区；4—注浆钻孔；5—上巷
图1. 葛泉矿1521工作面注浆钻孔布置示意图
2.威尔浮材料特性
威尔浮注浆材料是由邢台同成矿业科技有限公司研制成功的有机高分子双液型注浆充填材料,其反应后生成的充填体为密度小、且具有一定强度的轻质泡沫材料。威尔浮注浆材料浆液由专用包装桶包装，每桶净重25Kg，该材料的主要性能参数如表1。
表1 威尔浮充填材料性能参数表
技术参数
技术指标
乳化时间
10～15s
不沾手时间
50～60s
固结体密度
40～60kg/m3
抗压强度
0.3～0.5Mpa
粘结强度
0.1～0.5 MPa
阻燃氧指数
难燃(阻燃氧指数≥35%)
浆液粘度
225～300mpa.s
双液混合比
1:1
膨胀倍数
25-30

由于其具有较大的膨胀率，膨胀体积为原体积的25-30倍，单位体积空间所用材料少，充填时固体用量少、运输工作量小，每小时可施工50m3，泡沫反应迅速，15秒内即可进行反应，并在60秒时间内硬化，可快速施工。其发火等级为难燃一级，阻燃氧指数为36%以上，符合煤矿井下安全使用要求，目前已大量应用于煤矿井下破碎岩体注浆加固、巷道或工作面高冒区充填等技术领域。
4.注浆设备
注浆设备采用QB--12型风动化学注浆泵，其结构如图2所示，气动泵的主要工作部位为双作用式液压增压泵，换向机构为特殊形式的先导式全气控配气换向装置，压缩空气进入后，活塞移动到气缸上或下端部位时，使上或下先导阀动作，控制气流瞬间推动配气换向装置换向，从而使气动马达的活塞作稳定连续地往复运动。由于活塞的面积比柱塞的面积大，因而使吸入的注浆浆液增压。被增压的浆液，经高压注浆管被压注到岩层裂隙内，并达到注浆的目的。

图2 QB-25(12)型注浆泵结构图
Fig.2 The structural pattern of QB-25 injected pump
QB-12型注浆泵体积小，重量轻，注浆压力大，最大注浆压力可达30MPa，其具体技术指标见表2所示。
表2 QB-25(12)型气动注浆泵技术参数
Table 2 The technical parameter of QB-25 air-powered injected pump
型号
压力比
最大排量(L/min)
供气压力(MPa)
耗气量(m3/min)
质量(kg)
外型尺寸(mm)
QB-12
65:1
20
0.2~0.6
1.5
60
900*400*730
5.施工工艺
QB-12型气动高压注浆泵主要适合单液或双液注浆，当双液注浆时，两种组分可按1∶1的体积比输出并混合。A料和B料分别通过各自的柱塞和矿用K型高压胶管，单向阀Y型三通，混合器进入封孔器，并被压注进破碎煤岩层。与注浆设备配套的进风管为Φ25mm高压风管，出浆管规格为Φ10mm。注浆压力设计为10～12Mpa，保证了浆液的充分渗透与扩散。充填高冒区时，注浆压力较低，一般为2~3Mpa，当对破碎带进行加固注浆时，注浆压力较高，最高压力达到5Mpa。
6 经济效益分析
葛泉矿1521工作面破碎带共注35吨威尔浮浆液，注浆时间仅用5天，通过注浆顶板得到了有效控制，工作面得以顺利推进。与传统人工排木垛处理工作面冒顶的方法相比， 可减少施工时间20天，虽然直接材料费用有所提高，但工作面能提前20天生产，而且处理冒顶作业的安全性得到提高，其技术经济效显比较显著。
6.结论
采用威尔浮泡沫材料对采煤工作面冒顶区进行注浆充填，可有效地将高冒区内矸石、支撑物（木垛、工字钢等）及破碎围岩胶结为具有一定强度的密实体[2]，提高了工作面顶板的整体强度及完整性，改善工作面顶板的受力状况，为工作面回采创造了安全的施工条件。泉矿1521综采工作面高冒区成功应用化学注浆充填技术，彻底解决了工作面人工处理冒顶安全性低的技术问题，为保障煤矿松散破碎围岩工作面的安全高效生产等提供了新的手段，并已在邢台、峰峰、邯郸、淮南、潞安、阳泉、淄博、新集、焦作等矿区大量应用，创造了较为显著的技术经济效益。

参考文献:
[1] 黄德发,王宗敏,杨彬.地层注浆堵水与加固施工技术. 徐州:中国矿业大学出版社， 2003.
[2] Kutzner, C. Fluid-rock interaction and grouting,International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts 1995,32(8):396~402
作者简介: 尚二考（1965.3）男，河北邢台人，高级工程师，现于邢台矿业集团葛泉矿工作，任技术科长，
曾发表论文十余篇。

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