一、注浆加固材料恒安充填I号工程概况

    煤矿其采面由于受地质条件的影响，采面架出现片帮冒顶，造成架子倾斜影响采面安全生产，同时伴随采面顶板涌水量大，给采面带来发生次生灾害的危险。影响了该矿正常的安全生产为了确保安全生产及采面顺利安全推进，现欲通过化学注浆加固、充填治理达到以下目的及预期效果：

需对冒顶区域进行注化学浆加固。

既加固顶板冒落的松散煤体。通过注射化学浆液将煤层松软区域进行加固，防止后期引发安全隐患。由于冒落区域涌水量较大会对化学浆液产生影响，所以效果会因现场有水情况下，出现发泡，抗压、抗剪等参数的改变，直接影响产品的使用效果。

 

二、注浆材料

1、注浆加固材料：恒安加固I号

本产品为双组份有机树脂材料，用于加固松软破碎岩层、易片帮煤壁。注浆树脂以低粘度的液体混合注入破碎煤、岩体裂隙后，能迅速反应并凝固，生成高强度、高韧性的树脂固化物，实现对破碎煤、岩体的加固及对裂隙的封堵。

产品特点：

高强度：抗压强度高，牢固、持久粘合煤层

高韧性：韧性及变形能力强，适应岩层变形

低粘性：易渗透到微裂隙中、阻燃。

技术指标：

本产品完全符合国家安全生产监督管理总局颁布的《煤矿加固煤岩体用高分子材料AQ1089-2011》指标要求。

适用范围：

加固破碎煤、岩体，松散煤壁、煤柱、顶、底板

掘进工作面超前加固

控制回采工作面片帮

加固密闭墙及周围破碎体，封堵破碎煤、岩体裂隙 瓦斯抽采封孔

 

技术数据见下表：

                      恒安加固I号双组分浆液性能

 

序号

项   目                    浆液性能

           树脂 催化剂

1 外观           无色透明液体 深棕色油状液体

2 浆液密度/g/cm3    1.010~1.040 1.220~1.240

3 初始粘度/mPa?s      130~260 240~359

4 混合体积比         1   1

5 反应开始时间（20℃）S      65~90

6 反应结束时间（20℃）S     110~150

                            恒安加固I号      固化物性能

序号 项      目     固化物性能

1 抗压强度/MPa             ≥         60

2 抗拉强度/MPa             ≥         35

3 拉伸剪切强度/MPa         ≥         12

4 粘结强度/MPa             ≥         4.5

5 膨胀倍数                 ≥       1.2~2.5

6 反应温度/℃              ≤         140

注：固化物性能的测定试龄期为24小时

 

2、注浆加固材料恒安充填I号：恒安充填I号产品是一种由两种成份组成的注射产品，用于中空充填，隔绝空气和瓦斯以及加固断裂程度高的地层。注射恒安充填I号泡沫使用一台泵和一只混合枪。容积以4比1混合树脂和催化剂，发生快速反应生成泡沫，接着产品会快速膨胀到原体积的20~30倍。膨胀后，恒安充填I号泡沫在几分钟内硬化。其反应的快速，高膨胀率，良好的抗压能力以及突出的抗静电性能，可以取得经济的、快速的、安全的充填效果。凭借其耐火等级，同适用于地下热源的密闭和地下矿井的防火。

   恒安充填I号具有快速膨胀性能，施工简单，其注入煤矸石空隙中后，迅速膨胀，对其进行包裹和裂隙充填，使得在顶上形成具有一定稳定性的人工假顶。并且对架上冒空区内进行充填，使其与顶板充分接顶，阻止气体集聚，封堵裂隙，恒安充填I号泡沫的技术数据见下表：

        

1．  基本成分                  树脂      催化剂

   20℃时的密度（g/cm3） 1.2     1.5

   储存温度（℃）          5-20     5-40

   20℃时的储存期限（月）   3     12

 

2.聚合产品

 

  混合比例（体积比）        4:1

  反应时间                2:00min

  膨胀倍数                20-30

  10%变形时的抗压强度         100-200kPa

  阻燃性                不燃

 

三、恒安加固I号浆液工程应用典型特性

1)  浆液固结体的网络骨架作用

浆液经挤压或渗透到围岩纵横交错的裂隙中固结后，会在围岩中形成网络骨架结构。浆液固结体呈薄厚不一的片状或条状，几乎可相互连通形成网络骨架，恒安加固I号化学材料和煤体的固结体具有良好的韧性和粘结性，当外载增加时，固化材料发生变形但不破坏，载荷主要由强度较高的煤岩体承担，这样围岩的破坏条件由原来的裂隙弱面强度条件向接近煤岩体强度条件转换化。当煤岩体应力超过煤体强度发生较大变形时，固结材料的网络以其良好的韧性和粘结强度起到骨架左右，提高围岩的残余强度，限制围岩破坏的扩展，从而改善维护状况。

2）充填压密及转变围岩破坏机制的作用

浆液在泵压的作用下，除了将一些较大的裂隙充填满，还可以将一些充填不到的封闭裂隙和小裂隙压缩，甚至使其闭合，提高围岩的弹性模量和强度。

经过注浆固化后，裂隙内充满固结材料，加上固结材料对裂隙面的粘结作用，使裂隙端部的应力集中大大削弱或消失，从而使围岩的破坏机制发生转变。另外，当围岩中存在较大的裂隙，裂隙附近的岩体处于二向应力状态，当裂隙内充满固化材料或压密后，将变为三向应力状态，而岩体在三向应力状态时的强度比二向时显著增大，并且脆性减弱、塑性增强。从受力状态来看，注浆固化也起到了转变岩体破坏机制和提高围岩强度的作用。

3）提高围岩体强度

通过注浆，能够改变弱面的力学性能，即提高裂隙与煤岩体之间的粘聚力和内摩擦角，增大岩体内部块间相对位移的阻力，从而提高煤岩体的整体稳定性。

 

4）形成承载结构

通过注浆加固，可以使松散煤岩体重新胶结成整体，形成承载结构，充分发挥煤岩体的自稳能力。

5）改善赋存环境

破碎煤岩体通过注浆加固，提高了煤岩体的整体承载能力，提高其整体性能，在工作面推进过程中不出现片帮冒顶现象。

 

四、构造带注浆加固实施原则

（1）提前注浆原则。在工作面推进前提前进行注浆，把松软破碎的煤岩体加固成一整体，保证工作面在过构造带时不易出现片帮冒顶现象，加快工作面的推进速度。

（2）均匀注浆原则。注浆孔要均匀布置，最大限度的使浆液在松散煤岩体中能够均匀渗透，从而达到整体加固煤体的效果。