超前管棚注浆技术在斜井防突施工中的应用.doc
超前管棚注浆技术在斜井防突施工中的应用
[摘要]随着我国煤炭开采深度的增加，揭过煤时发生煤与瓦斯突出的风险也在增大，通过对煤与瓦斯突出原因和常用防突措施的
分析
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，提出了注浆加固和管棚联合防治煤与瓦斯技术，并在中国平煤神马集团平煤股份十三矿斜井施工中成功应用，安全地穿越己15-17煤层，取得良好的安全、经济效益。
[关键字]煤层突出 防突施工 注浆加固 安全揭煤
[中图分类号] TU74 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-2-252-1
1 问题提出
随着我国煤炭开采量不断增加，浅部煤炭资源已逐渐枯竭，为给高速发展的经济提供更多能源保障，我国煤炭开采已向深部发展，从1980年国内煤矿开采平均深度为288米，到目前中国平煤神马集团已有许多头面进入到1200m左右的深度。随着开采深度的增加，煤层压力、煤层瓦斯状态、煤体本身所具有的一般物理特性等方面均会发生较大变化，平顶山矿区在巷道掘进施工中，特别是区域首次揭过煤时，很容易发生煤与瓦斯突出的意外，从而造成巷道、设施损坏，严重的造成整个矿井通风系统瘫痪、瓦斯(煤尘)爆炸等灾难性后果，因此如何采取有效的防范措施达到安全揭过突出煤层，成为中国平煤神马集团安全生产亟待解决的问题。
2 揭过煤时煤与瓦斯突出的原因分析
平顶山矿区具有突出危险性的新建矿井、新水平或新采区揭煤时最容易突出，其原因一方面在新矿井、新水平或新采区尚未揭露煤层的地点，瓦斯压力、地应力处于原始状态，其突出危险状况未被认识或未被完全认识;另一方面揭穿煤层时，在煤岩交界面附近两侧，岩石、煤体力学性质相差悬殊，煤体受到掘进施工的影响，内部应力发生突变，煤体内应力梯度可能达到很高的数值，在煤岩交界面应力突变值会更高，如果此时煤体松软、强度低，不能有效抵抗这个高应力冲击和高压瓦斯膨胀力作用，就有可能发生煤与瓦斯突出[1]。
3 揭过煤时煤与瓦斯突出的防突原则和措施分析
3.1防突原则
在煤与瓦斯突出过程中，其主要动力来源于煤体中瓦斯压力和岩体中地应力，当煤体中瓦斯压力和岩体中地应力大于外界束缚力时[2]，就会将煤体或岩石破碎抛出，因此当前制定的防治煤与瓦斯突出措施主要原则如下:
(1)将区域煤层或巷道施工工作面前方煤体存在的应力部分释放，从而达到局部施工安全的目的。
(2)根据煤体相对松软、自身强度底、稳定性差而导致抗压能力弱的特点，通过采取措施增加防突工作面一定范围内煤体承载能力，提高围岩煤体稳定性。
(3)通过调整采掘施工工艺，控制采掘工作面前方煤体应力和瓦斯压力释放速度，避免突然释放造成突出，从而达到煤体应力和瓦斯压力自我卸压和排放瓦斯的效果。
3.2 措施分析
常规的揭煤防治煤与瓦斯突出措施主要有以下几种:水力冲刷瓦斯钻孔、施工钻孔抽排煤体瓦斯、超前打孔释放煤体瓦斯压力、水力割缝等。上述措施虽然具有一定的防突作用，但也存在一定的局限性，主要原因是对造成煤与瓦斯突出的决定因素既煤体强度和瓦斯释放条件考虑不足。同时常规防突措施在施工过程中易对原始煤体的整体性造成破坏，降低煤体强度，减弱对外部压力的抵御能力。遇到特殊地质条件时诸如软弱煤层和地质破碎带时，常规的防突措施所
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现出的局限性更加明显。在分析以前施工经验的基础上，通过多年在平顶山矿区施工
总结
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，从而提出了注浆加固和管棚超前支护相结合的方法进行防突的方法。
4 注浆加固防突机理分析
由于煤体中存在大量游离态和附着态气体。从而导致煤体出现裂隙和空隙，这也是造成煤体整体强度减弱的主要因素。因此通过注浆方式，将性能适宜的固化剂压入煤体裂隙和孔隙中，达到改善煤(岩)体物理力学性能，增加其强度和缩小煤体与相邻岩体的力学性能差异，增强煤岩交界面附近围岩的整体性。改变煤体和岩体交界面因性能差异过大而造成应力不连续导致的突变。同时注浆过程中充填煤体裂隙和空隙，减少煤体中瓦斯存在的空间，使揭穿煤巷道周围煤体中瓦斯含量明显降低，压力得到改善。与常规的防突方法相比， 通过注浆加固煤体防治突出，大大增加石门顶板揭过突出危险性煤层时的安全系数，防止顶板垮落、巷道片帮事故的发生[3-5]。
5 工程实践
5.1工程概况
中国平煤神马集团十三矿斜井设计长度1858.8m坡度为20?，巷道净高4.25m，净宽5.9m，采用锚网喷、锚索支护。根据探测，斜井将在1754m穿越己15-17煤层，穿煤巷道全长约43米。
煤层赋存情况:己15煤层厚2.0m、己16煤层厚1.7m、己17煤层厚1.3m;己15煤层与己16煤层夹矸厚1.7m、己16煤层与己17煤层夹矸厚0.3m;整体煤层走向135?,315?倾向45?。
瓦斯测试表明，煤层瓦斯原始压力值为0.43Mpa，瓦斯原始含量值为9.19m3/t，依据测试
报告
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判断该煤层属突出危险性煤层，按照制定的专项防突措施当工作面锚网喷支护封闭后，进行工作面打超前管棚及注浆固化煤体施工。
5.2揭煤前管棚及注浆施工。
管棚采用,50×12000mm无缝钢管，由于目前市场没有全长12m的钢管，故利用全长6m的两根钢管焊接而成，其加工工艺如下:第一根钢管一端攻丝以便与第二根钢管之间用直箍联接，另一端用5mm铁板把管口焊死堵严，钢管管体均匀用气割方法布置20个18mm出浆孔;第二根钢管一端攻丝以便与第一根钢管之间用直箍联接，另一端用用5mm铁板把管口焊死堵严，铁板上焊一个25mm和20mm节头，分别做为进浆孔和出气孔。管棚超前支护采用SGZ150型液压钻机造孔，钻孔布置在巷道荒断面拱基线以上轮廓线内500mm，孔距400mm，钻孔总数15个，孔中心外扎9.6?。终孔距巷道荒断面外1.5m，每施工完毕一个钻孔，及时将管棚插入孔内，然后连接注浆管开始同步注浆。
注浆采用2TGZ-120/90型注浆泵，管棚管安装好后，先安球型阀后连接高压注浆管、三通混合器、四通及卸压阀。注浆材料选用P,O42.5级普通硅酸盐水泥和摸数为2.8,3.2、浓度为38,42Be`液体水玻璃混合而成的浆液，为防止浆液出现跑冒滴漏现象，注浆压力控制在3-5Mpa。注浆扩散半径控制在1.5m，把巷道拱部周边3m范围内空隙用水泥浆液充填、置换饱满，使注浆区域形成一个坚固的整体帷幕。
6总结
通过对突出煤层采用注浆加固和超前管棚联合支护技术，使平煤十三矿斜巷围岩(煤体)得到有效控制。在注浆区域整体帷幕的保护下，配合以短掘、随掘随锚等措施，巷道顺利穿越己15-17 突出煤层。施工过程中没有出现顶板冒落、片帮现象的发生，说明管棚注浆加固措施达到了预期效果，为安全生产奠定了基础，积累了施工经验，为类似工程提供了借鉴。
参考文献
[1] 刘国泉、卢益民.可燃冰和煤与瓦斯突出的关系--兼论煤与瓦斯突出机理[J].采矿技术.2010(S1):22-25.
[2] 孟令东. 地表注浆及超前管棚注浆在隧道中的应用[J].北方交通， 2010(5):137-139.
浙公网安备 33021202002483