(1) 研發背景
針對工作面片幫、冒頂和未噴漿破碎圍巖巷道、快速變形巷道,以往多采用普通水泥或高分子注漿材料,其中普通水泥雖然價格低廉,但凝固速度慢,漏漿難以封堵,強度增長緩慢,造成有效注漿量較小,加固效果較差;高分子注漿材料性能優異,凝結快、強度高、粘結性強,效果顯著,但同樣存在反應溫度高(>200℃)、有毒有腐蝕性、價格高昂、難以洗選等嚴重問題,全國已經發生多起高分子注漿材料著火事故。目前高分子材料在各礦區都限量使用。
針對兩種材料存在的問題,我公司研發了一種快凝型無機雙液注漿材料,反應速度與化學漿基本相當,有效解決漏漿問題,大幅提高注漿效果,同時強度增長迅速,滿足工作面快速推進和巷道快速變形的工程需要,同時反應溫度低(<75℃)、無毒無腐蝕性,克服了化學漿的性能弊端,成本遠低于化學漿。
材料自2013年研發成功開始,在晉煤集團率先推廣,每年使用量約1萬噸,可以節約70%以上的化學漿使用量,每年集團公司注漿成本節約近3億元,解決了大量的破碎巷道注漿加固問題,同時晉煤集團開展了十幾項科技項目,針對雙液無機注漿材料性能改進、注漿工藝、工程應用進行開發,使材料和相關技術得到完善,成為一項成熟技術,目前已經成為晉煤集團主要的注漿加固材料之一。近年來,雙液無機注漿材料在冀中能源集團、陽煤集團(一礦、五礦、開元)、河南能源化工集團(上莊礦、趙固二礦)、皇城相府集團(皇聯煤業、史山煤業)、晉煤天安公司(海天煤業、圣鑫煤業、平煤集團(六礦、十三礦)獲得一致好評。
(2) 性能參數
該材料為雙組份無機材料,分為A型和B型,粉狀,25kg袋裝,現場使用時分別加水攪拌然后混合。
該材料兩種漿體混合后,30秒~2分鐘內凝結,3~5分鐘完全固化,強度迅速增長,15min時強度達到10MPa以上,特別適合礦壓顯現強烈的巷道、采掘工作面、未噴漿巷道等工程條件下的注漿加固和堵水,也適合公路、地鐵、隧道等類似工程條件下的注工程。
(3) 典型工程
1、未噴漿巷道注漿漏漿問題。晉煤集團井下工作面多采用多巷布置,動壓作用巷道比較普遍,以往采用普通水泥漿,漏漿問題難以解決,單孔注漿量一般不超過100kg。采用該新型材料后,該問題得到較好的解決,在注漿過程中,利用雙液漿的早強、速凝特性,快速實現自封、堵漏,實現了類似化學漿的堵漏原理,單孔注漿量高達3t。
2、極破碎圍巖注漿加固。嚴重受采動影響巷道或軟巖巷道,圍巖破碎,錨桿、錨索錨固性能差,在掘進或返修過程,可先行注漿,快速控制圍巖變形,改善錨桿、錨索錨固性能(配合中空注漿錨索或錨桿效果更佳),且基本不影響錨桿、錨索施工。
3、時效性要求較高的注漿工程。對于綜采工作面、掘進頭,因為工程時效性要求較高,不能影響生產,普通水泥漿難以滿足要求,化學漿成本較高,該新型無機注漿材料,雙液混合后能夠快速固化(水灰比越低固化越快),水灰比0.8:1時,基本5~7min即可完全固化,2h能達到近15MPa的強度(0.8:1水灰比),能夠滿足工程時效性要求。
4、超前支承壓力區注漿。工作面超前支承壓力區巷道變形嚴重,圍巖破碎,嚴重時影響工作面安全開采,該材料固化速度快,能夠快速提高圍巖承載性能,能夠滿足工作面快速推進的需要。
5、直接利用漿液封孔。采用兩頭棉紗堵,中間灌注的方法封孔,因為材料固化速度非???,灌注完后即可注漿。實踐證明這種封孔方法,封孔深度、長度可調,封孔效果良好,且成本較低。
(4) 施工方法
在現場根據設計水灰比,將耐固注漿Ⅰ號材料A料和B料分別加水攪拌,通過氣動、液壓、電動雙液液注漿泵施工,推薦采用氣動雙液注漿泵。
注漿系統有兩個氣動攪拌桶QB200,兩個成漿桶,可以采用鐵桶加工,一臺氣動雙液注漿泵2ZBQ50/19,以及相應的管路和混合器組成。
注漿系統連接示意圖
(5) 主要用途
1、采掘工作面破碎圍巖注漿加固;
2、大采高工作面煤壁片幫防治;
3、極破碎、快速變形巷道注漿加固;
4、軟巖巷道注漿加固;
5、巷道、井壁等裂隙滲水堵漏;
6、錨桿、錨索全長錨固劑;
7、瓦斯抽放、壓裂、測壓鉆孔的密封;
8、地質、水文鉆孔套管快速固定。