破损密闭墙及小煤柱有害气体泄漏治理

摘要：针对破损密闭墙及小煤柱有害气体浓度超限的问题,山西保利裕丰煤业有限公司结合岩层条件,对破损密闭墙周围巷道及小煤柱进行内外结合注浆处理,选用较好的化学材料,有效防止了漏风,遏制了破损密闭墙及小煤柱有害气体泄漏,控制了有害气体浓度,保障了有害气体浓度不超限,为矿井安全生产奠定了基础。

关键词：密闭墙；有害气体浓度超限；化学注浆处理技术

1 概  况

山西保利裕丰煤业有限公司原有采空区密闭墙和小煤柱较多，并且密闭墙构筑时间长，围岩沉降裂隙增大，造成破损密闭墙及小煤柱周边有害气体浓度超限，虽采取了混凝土喷浆措施，但未能从根本上解决有害气体泄漏问题。为更好的控制破损密闭墙及小煤柱周边有害气体浓度超限，矿方采用了化学注浆处理技术进一步治理。

此次注浆工程首先对回风大巷1#、2#、5#破损密闭墙及小煤柱周边巷道进行加固填充注浆处理，其次对密闭墙前及小煤柱周边巷道进行喷涂处理，有效防止了破损密闭墙及小煤柱周边漏风、有害气体泄出，控制了破损密闭墙及小煤柱周边有害气体浓度超限，保障了矿井安全生产。

2 注浆材料及工艺技术

2.1 注浆材料：选用山西誉邦科技有限公司生产的誉邦加固、誉邦填充、誉邦喷涂。

2.1.1誉邦加固产品特性：1、反应温度低，与水不发生反应；2、粘度低，渗透性强；3、固化生成物强度高、粘结力强及机械性能高；4、固化生成物不燃烧、也不延燃、抗静电性优。

2.1.2誉邦填充产品特性：1、快速发泡成型，发泡倍数高，反应温度低，密闭性能好；2、成型后韧性好，可达到一定的抗压强度，具有一定的支撑和缓冲作用，能使被支撑的围岩（煤岩）保持相对的稳定及对垮落岩体的缓冲；4、固化生成物不燃烧、也不延燃、抗静电性优。

2.1.3誉邦喷涂产品特性：1、粘附力强、抗拉强度高、塑性好；2、快速凝固、立面和顶板使用不流淌3、表面快速防护、永久性密封；4、阻燃、抗静电、环保；

2.2 工艺技术

2.2.1注浆设备

气动注浆泵的主要组成部分是气动控制阀、气缸和注浆缸等。气动注浆泵是由气动马达下方带动的3个活塞，在工作的时候吸料管分别插入到2种液体的料桶之中，活塞泵通过吸料管对双组份材料的2种液体介质进行抽运。这2种液体压送体积比例为1：1,且要充分运用这3个活塞截面积的不同，以及不同的组合，实现其中不同的注射比例要求。通过高压软管可以将2种液体分别压送到双液注射混合枪中进行混合，其混合物则通过注射管送达到设定的目的位置。

2.2.2膨胀式封孔器

通过采用膨胀式封孔器对钻孔内进行注浆封孔。可以采用封孔器阻尼片来阻止浆液顺利通过封孔器，因而，浆液被压入封孔器橡皮圈内，一直到封孔器被固定在钻孔壁之上，由此产生了环径向束缚力，造成压力的迅速上升，阻尼片出现破裂，浆液就进入到钻孔内，橡皮圈可以阻止封孔器的松脱。

2.2.3双液注射混合枪

双液注射混合枪由混合器、单向阀等多个部件组成，具有安全、快捷、精准等显著特点。双液注射混合枪使浆液达到了混合以及均匀搅拌的双重目标。

2.3 注浆工艺及操作流程

2.3.1注浆工艺参数

（1）注浆压力。注浆压力会直接影响注浆效果，它是浆液在被注载体中进行扩散以及渗透的动力。它受到岩体特征以及注浆材料特性的双重影响。这次使用的化学浆液具有粘度低、粒径小、渗透性强的特点，比水泥等悬浊液所需要的注浆压力要小很多。一般注浆压力为10MPa。选用的气动注浆泵最大注浆压力可达到18～20MPa。

（2）扩散半径与有效扩散距离。布孔间距与注浆压力是浆液扩散半径的重要因素。受裂隙方面的影响，被注载体中的浆液，在各方向上的扩散距离是不均匀的，它与注浆煤岩体孔隙、注浆压力以及注浆材料性能等都是密切相关的。通过多次施工积累的经验，可以总结出化学浆液在普通裂隙以及孔隙率较小围岩体的扩散半径是1.5～2.5m。

（3）注浆时间。从开始注浆一直到浆液完全扩散或者渗透到被注载体中所需要的时间是10～20min。

（4）注浆顺序。根据现场地质条件、现场环境和注浆目的等综合确定。裂隙沟通情况比较好的煤岩体可以采用间隔跳孔注浆的方式提升注浆效果，并减少串浆发生；对于大面积的情况要采用先外围后内部的注浆顺序进行注浆；对于破碎煤柱的整体注浆可以采用深浅孔配合注浆的方式进行注浆；对于裂隙比较发育而且跑浆比较严重的注浆载体，可以采用先进行浅部注浆，等到浆液扩散后在浅部快速形成类似止浆墙的整体围岩体，继续进行深部注浆，以确保深部浆液扩散的范围与注浆的压力。

2.3.2注浆孔布置

加固注浆孔沿密闭墙断面轮廓线布置，孔深4.0m，孔径φ42mm，断面内1圈均匀布置7个注浆孔。

注浆孔布置主视图（见右图）

施工加固注浆孔采用1台风钻，注浆采用1台气动注浆泵注浆，打完2个注浆孔1次注浆，完成注浆区域；如发现有害气体漏出，需进行联合（加固、填充、喷涂）注浆。

正常施工时，确保材料始终按标准比例配比混合，且不能出现断料现象。

注浆孔布置俯视图（见右图）

3 效果分析

1#密闭墙（加固+喷涂联合注浆）

（1）注浆前密闭墙前有害气体浓度情况。根据日常测量数据，密闭墙前有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.21%；硫化氢0.00153%（距墙体200mm、距密闭墙前顶板300mm）；密闭墙周边处，距离墙面50mm时有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.25%；硫化氢0.00165%；紧贴墙面时有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.28%；硫化氢0.00182%。

（2）注浆后密闭墙前有害气体浓度情况。根据测量数据，密闭墙前有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.0002%；硫化氢0.00005%（距墙体200mm、距密闭墙前顶板300mm）；密闭墙周边处，距离墙面50mm时有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.0003%；硫化氢0.00006%；紧贴墙面时有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.0003%；硫化氢0.00006%。

2#密闭墙（加固+喷涂联合注浆）

（1）注浆前密闭墙前有害气体浓度情况。根据日常测量数据，密闭墙前有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.23%；硫化氢0.00159%（距墙体200mm、距密闭墙前顶板300mm）；密闭墙周边处，距离墙面50mm时有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.26%；硫化氢0.00166%；紧贴墙面时有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.28%；硫化氢0.00185%。

（2）注浆后密闭墙前有害气体浓度情况。根据测量数据，密闭墙前有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.0002%；硫化氢0.00004%（距墙体200mm、距密闭墙前顶板300mm）；密闭墙周边处，距离墙面50mm时有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.0002%；硫化氢0.00004%；紧贴墙面时有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.0002%；硫化氢0.00004%。

5#密闭墙（加固+填充+喷涂联合注浆）

（1）注浆前密闭墙前有害气体浓度情况。根据日常测量数据，密闭墙前有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.29%；硫化氢0.00164%（距墙体200mm、距密闭墙前顶板300mm）；密闭墙周边处，距离墙面50mm时有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.31%；硫化氢0.00175%；紧贴墙面时有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.32%；硫化氢0.00183%。

（2）注浆后密闭墙前有害气体浓度情况。根据测量数据，密闭墙前有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.0006%；硫化氢0.00003%（距墙体200mm、距密闭墙前顶板300mm）；密闭墙周边处，距离墙面50mm时有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.0007%；硫化氢0.00002%；紧贴墙面时有害气体浓度平均值约为：一氧化碳0.0009%；硫化氢0.00002%。

4 结  语

高分子化学注浆技术是一项具有很强的实用性且应用范围广阔的工程实用技术，它是利用气压和液压工作原理，把化学浆液均匀地注入到孔隙、裂隙以及节理等软弱结构的煤岩体之中，浆液采用填充、渗透以及挤密等技术方式，将煤岩体胶结成为一个整体，使煤岩体形成一个具有强度高、抗渗性能好以及稳定性高等显著特点的新结构体，有效改善了煤岩体物理力学的性能，以提高整体性与强度。本次破损密闭墙及小煤柱注浆结合岩层条件、选用较好的化学材料，有效防止了破损密闭墙及小煤柱漏风，遏制了有害气体泄漏，控制了有害气体浓度，保障了有害气体浓度不超限，为矿井安全生产奠定了基础。