安阳大众煤矿新副井揭煤煤体加固及金属骨架施工技术

孟献堂

摘要：该技术在揭煤前对所有区域防突措施瓦斯抽放孔全深度进行水泥浆充填，利用部分瓦斯抽放孔对揭煤段帮部煤体进行注水泥浆注浆进行煤体加固，增强煤体的强度，起到防治煤与瓦斯突出作用。

1.施工概述

安阳大众矿新副井已经完成了区域防突措施中的抽采钻孔施工，由于二1煤煤质较为松软，坚固性系数较小，在钻孔施工结束后容易塌孔，减小了钻孔中煤体的暴露面积，影响瓦斯的继续释放，因而在钻孔全部施工结束后对全部抽放钻孔进行了重新透孔，以加大煤体的暴露面积，进一步的释放煤体瓦斯。随着瓦斯抽放工作的进行，瓦斯有关含量和解析指标相应的降低，即将进行区域防突措施效果检验，并准备进行揭煤段井筒施工。按有关防突规定，若经检验区域防突措施有效，并经区域验证，井筒揭煤段施工就可以开始。

2.施工方案

2.1煤体注浆及注浆加固施工方案

考虑到揭煤段二1煤体较为松软，以及揭煤施工钻眼爆破方便和安全的需要，拟定区域防突效果检验有效后，进行煤体注浆及注浆加固，

根据井下施工情况考虑在防突钻孔第二圈第三圈进行固化加固，此段位置距离井筒轮廓线外8m左右位置见，该部分钻孔钻孔间距较小，注浆加固时容易形成整体，提高煤体的应力抵挡揭煤后煤体的深部来压。

2.2金属骨架加固施工方案

立井中的金属骨架是在立井工作面揭开突出危险煤层前，将钢管或钢轨插入预先在工作面断面周边处布置的钻孔内，（其前端伸入煤层的顶(底)板岩石中，后端支撑在靠近工作面中的支架上或者工作面的井壁上形成超前支护。

该防突措施的主要作用是依靠金属骨架加强工作面前方煤体的稳定性。其次是通过安装金属骨架的钻孔，排放钻孔附近煤体中的瓦斯并缓和煤体的应力紧张状态。

金属骨架用于立井揭煤时，由于金属骨架两端是支撑在煤层顶(底)板的岩石中，它需承受上悬和两帮煤体的压力，因此在缓倾斜和倾斜煤层中会因跨度加大而导致骨架承载力降低，在煤层较厚的地区采用此措施时，对此现象要给予足够的重视。由于金属骨架措施不能大量释放突出潜能，只能在一定程度上起到抑制突出发生的作用，所以，其预防突出的能力有限。故该措施应在采用了其他防突措施并检验有效后方可在揭开煤层前实施

安阳大众矿新副井揭煤区经过实施防突钻孔经检验达到安全指标后方可进行掘进，根据要求井筒工作面掘进至距煤层法距为2m-5m时可实施金属骨架，对煤体进行固化提高煤体强度，根据实际情况对工作面的金属骨架进行合理布置。

根据实际情况当井筒工作面掘进至距煤层法距为2m之前开始施工钻孔安设金属骨架，按照《防治煤与瓦斯突出规定》中第八十四条：石门和立井揭煤工作面金属骨架措施一般在石门上部和两侧或立井周边外0.5～1.0m范围内布置骨架孔。骨架钻孔应穿过煤层并进入煤层顶（底）板至少0.5m，当钻孔不能一次施工至煤层顶板时，则进入煤层的深度不应小于15m。钻孔间距一般不大于0.3m，对于松软煤层要架两排金属骨架，钻孔间距应小于0.2m。骨架材料可选用8kg/m的钢轨、型钢或直径不小于50mm钢管，其伸出孔外端用金属框架支撑或砌入碹内。插入骨架材料后，应向孔内灌注水泥砂浆等不燃性固化材料。

安阳大众矿新副井为了施工的方便及安全要求，拟采用无缝钢管ø50×9作为金属骨架。

3.施工方法

3.1煤体加固的施工方法

由于揭煤前工作面瓦斯抽放孔需要填充，以利于钻眼爆破工作施工安全和方便，另外根据加固井帮煤体的要求，需要对帮部一定范围的煤体加固，增加掘进时帮部煤体的稳定性，我项目部将利用现有工作面二1煤顶板加固注浆时的止浆垫及注浆套管，采用2ZBQ－30／6型煤矿用气动注浆泵对所有瓦斯抽放孔进行高压注浆，最终压力取为二1煤层顶板加固注浆时采用的最大压力9MPa，使注浆浆液充分进入破碎煤层，使破碎煤层成为整体，提高井帮煤体的的稳定性，同时相应回填了瓦斯钻孔，也为爆破钻孔安全施工创造了条件。

施工中，为了使注浆压力能提高到设计要求，增加浆液的扩散范围，要求所有可能出浆的注浆孔口管应采用法兰盘闷死封闭（施工中注浆孔内需要排水时除外）。又由于井下瓦斯抽放孔已到处串通，注浆时钻孔就近顺序连管注浆，但其他已注浆孔应用法兰闷板盖死，防止跑浆。

3.2金属骨架加固施工方法

按金属骨架加固方案，钻孔采用1台电动钻机，配Φ50mm钻杆，钻头Φ75mm，用清水作循环液。

孔口设置Φ108×6长2m套管，作为钻孔导向并兼作金属骨架孔内压水泥浆用。

终孔时要核实钻具长度，确保钻孔深度符合要求。

采用钻一孔，安一金属钢管工艺，防止浸水塌孔；钢管灌浆视情况分组灌浆。灌浆时钻孔口是开口的，灌浆以灌满孔为原则，故灌浆压力不作限制。为了便于井下金属钢管的安装，钢管加工长度为2m一根，加工丝扣为两端一公一母。为便于钢管灌浆时出浆的需要，钢管在直径两端对称20cm各开一排10mm的孔，并两端适当错开；每一孔第一根管子前端应加工成封闭锥形，以便于下放安装；每一孔最后一根管子应加工成与注浆管配套的法兰，以便于钻孔内灌浆。

孔内灌浆直接在工作面进行，注浆泵采用2ZBQ-30/6型气动注浆泵。

结合新副井揭煤煤层前期预测情况，按照规定要求，在工作面距煤层法距为2m之前开始施工金属骨架，设计钻孔在立井周边0.5m处，各个钻孔见煤点间距为0.3m。

立井采用金属骨架防治突出措施时，应符合下列条件：

（1）立井工作面距煤层最小垂距为2～5m时，打直径75mm的钻孔，钻孔呈辐射状布置，并穿透煤层全厚，进入底板岩石深度不得小于0.5m。钻孔见煤处的间距应小于0.3m。

（2）向钻孔全长插入直径50mm的钢管，然后向孔内灌注水泥浆，以增加骨架刚度；最小法距2m揭煤前施工骨架上端应封固在井壁上，使金属骨架成两端锚固。

（3）根据《防治煤与瓦斯突出规定》中要求设计钻孔，工作面钻孔根据要求设计共84个，钻孔见煤点间距为0.3m，且距井筒周边0.5m，钻孔具体施工详细参数见表1：

考虑到煤层顶板加固注浆时未见到顶板岩层有大涌水，煤层顶板加固注浆时注浆效果较好，煤层底板岩石又为11.72m厚泥岩，金属骨架钻孔在煤层顶板加固注浆范围及煤层底板泥岩中，故为施工方便，在安全已有保证钻孔时不考虑安设防喷装置。

4.注浆（或灌浆）浆液类型及配比

4.1注浆浆液类型

（1）水泥选用新鲜的PO42.5普通硅酸水泥。

（2）煤层加固及金属骨架注浆水灰比：1.25:1～2:1.

4.2配比（表3）

表3 浆液材料配比表

序号	水 灰 比	水 泥 (50Kg/袋)	水 (升)	制浆 (m3)	水玻璃：水泥浆 (体积比)
1	0.75：1	19	712	1.029
2	1：1	15	750	1.000
3	1.25：1	13	812	1.029
4	1.25：1	11	825	1.008
5	2：1	9	900	1.050

4.3注浆（或灌浆）结束标准

（1）加固煤体及填充瓦斯抽放孔时每孔注浆达到注浆设计压力（9MPa），注浆流量不大于20～30L∕min，且稳定时间不少于20 min。

（2）金属骨架孔内灌浆时，以灌满水泥浆为主，孔内灌满为止。

5、结束语

通过以上措施，在揭煤前对所有区域防突措施瓦斯抽放孔全深度进行水泥浆充填，利用部分瓦斯抽放孔对揭煤段帮部煤体进行注水泥浆注浆进行煤体加固，增强煤体的强度，起到防治煤与瓦斯突出作用。