超细水泥注浆加固煤壁应用研究
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工程技术 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮ０ＬＯＧＹ ． ２０１ ２ ＮＯ．２０咖 超细水泥注浆加固煤壁应用研究 文杰 （山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司赵庄煤业生产技术部 山西长子０４６６０ ５） 毫 严苎 苎 的安 苎产 效生产。针对赵庄煤矿３３０５工作面煤层松软破碎的情况，进行了超细水泥注浆 ：之 应的注浆工艺并进行了工程实践。应用效果表明，超细水泥注浆可以’有效 填 菌结 ， 赫： 萆鑫 大，注浆效果显著。 ’’ ………～一 关键词：超细水泥 注浆加固 煤壁加固 中图分类号：ＴＤ３ ５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６ ７２—３７ ９１（２０１ ２）０７（ｂ）一００６５—０３ 随着我国煤矿开采技术的不断提高， 厚煤层一次采全高技术也取得了显著的发 展，促进了高产高效矿井的建设。但是在煤 质松软、顶板破碎、采高加大等条件下，煤 壁片帮时有发生，从而导致工作面端面顶 板不稳定，使无支护区宽度加大。并且还会 出现支架不接顶或接顶不实、支架蹬空、陷 底或倒架、歪架等现象，给工作面顶板控制 和安全生产带来巨大隐患，严重影响矿井 的正常生产［１＇２ｌ 目前防治工作面片帮的方法主要有两 种，一是改进采煤工艺和支护参数，如采用 俯斜推进方式、提高液压支架支撑力等；二 是对工作面煤壁及顶板进行加固。对于厚 煤层大采高工作面来说，如受地质构造影 响，煤层和顶板破碎，煤层软，采用注浆加 表１ 煤体固结强度测试结果 水灰比 ２ｈ／ＭＰａ ４ｈ／ＭＰａ ｌｄ／ＭＰａ ０．８ ５．６ ６．８ ８．７ ● ｌ ３．６ ４．３ ５．１ １．２ ２．Ｏ ２．６ ４．３ １．３ ２．１ ２．８ ４．２ 化学浆液 １．６ ２．０ ３．３ 固是防治煤壁片帮的有效手段…。 本文针对赵庄煤矿３３０５Ｉ作面煤层松 软、破碎，受采动影响工作面发生塌顶、片 帮的情况，从注浆材料、注浆工艺与应用效 果等方面，对厚煤层大采高工作面煤壁片 帮注浆加固进行应用研究。 １注浆材料选择 注浆材料可分为有机和无机材料两大 类。有机材料主要为高分子化学材料，煤矿 上常用的有聚氨酯类、脲醛树脂类、环氧树 脂类和糠醛树脂类等，其优点是浆液的渗 透性好，易渗透到微裂隙中ｔ缺点是价格昂 贵，有些有毒，影响环境Ｈ１。无机材料用的最 多的即为普通硅酸盐水泥，其特点是价格 便宜，无毒，耐久性好。但其为颗粒型浆液， 渗透性没有化学浆材好，尤其在裂隙较小 的煤壁中难以很好扩散，在工作面注浆加 ： ： ｛‘． 馕
．／１ ｌ／ Ｆ ‘ ， ／ ｌ／。 《 Ｏ．Ｏｌ ０．１ 粒度范围（ｕ Ｉ＂０） （ａ）ａ料粒度分布图 ｌＯ ｌ０ｏ ｌ０ｏｏ
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．． ／ ． 粒度范围（ ｍ） （ｂ）Ｂ料粒度分布图 图１ 超细水泥材料粒径分布测试图 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
６５ Ｑ ３ ： ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ａ≈ａ０＋（Ｌａ—Ｌａ０）／２＝１１３２．５ｒａｍ （４） （５）验算小带轮上的包角ａ。。 口．≈１８０ｏ一５７．３ｏ （ｄａ２一ｄｄ１）／ａ＝１８０。＞９０。（５） 符合要求。 （６）计算带的根数Ｚ。 ①计算单根Ｖ带的额定功率Ｐｒ。 由ｄｄ＝７５０ｍｍ￣ｎｌ＝１３２．７３ｒ／ｍｉｎ，查标 准得：Ｐ０＝１０．４２ＫＷ；根据ｎｌ＝１３２．７３ｒ／ｍｉｎ ｉ＝１和Ｄ型带，查标准得：／ｋＰ０＝０Ｋｗ；查 标准得：ｋ ０【＝１，ｋＬ＝０．９４，于是： Ｐｒ＝（ＰＯ＋△ＰＯ）×ｋ ０【×ｋＬ＝（１０．４２＋０） ×１×０．９４＝９．７９４８ＫＷ （６） ②计算Ｖ带的根数ｚ。 Ｚ＝Ｐｃａ／Ｐｒ＝１５．４４４／９．７９４８＝１．５８＜２（７） 同时，为了避免除铁器启动、吸取重物 或ｖ带长期使用后会因其摩擦系数降低而 出现打滑现象等，可以取ｚ＝３。 ２除铁器联组带轮的设计 （１）结构尺寸设计。 由Ｄ型带，查表得：ｈａ＝８．１ｍｍ，ｈｆ＝１９． ９ｒａｍ， ＝３８０，ｆ＝２３ｍｍ，ｅ＝３７ｍｍ，ｄａ１＝７６６． ２ｍｍ，ｄａ２＝７６６．２ｒａｍ，Ｂ＝（ｚ－１）ｅ＋２ｆ＝１２０ｒａｍ。 （２）材料的选择，结构形式设计。 本设计中转速不高，因此带轮材料选 用铸铁，牌号为ＨＴ２００。 结构形式：根据带轮直径ｄｄ≥３００ｒａｍ， 带轮采用孔板式。 （３）制图软件设计零件。 ３传动装置的安装使用与维护 （１）计算单根Ｖ带的初拉力的最小值 （Ｆ０）ｍｉｎ ｏ 单根普通Ｖ带初拉力计算公式： （Ｆ０）ｒａｉｎ＝５００×Ｐｃａ Ｘ（２．５一Ｋ ａ）／Ｋ ０【 ｚｖ＋ｑｖ２ （８） 式中：Ｐｃａ为计算功率｝ｖ为Ｖ带速度；ｚ为带 的根数；Ｋ ｄ为包角修正系数；ｑ为０．６３ｋｇ／ｍ。 所以： （Ｆ０）ｍ ｉ ｎ＝５００×１５．４４４×（２．５—１）／１ Ｘ ３×５．２１＋０．６３×５．２１２＝７５８Ｎ （９） 应使带的实际初拉力Ｆ０＞（Ｆ０）ｍｉｎ。 （２）计算作用在轴上的压力Ｆ Ｐ 压力ＦＱ等于松边和紧边拉力的向量 和，如果不考虑带两边的拉力差，可以近似 的按带两边所受初拉力的合力来计算： ＦＱ＝２ Ｘ ｚｘ（Ｆ０）ｍｉｎ Ｘ ｓｉｎ（Ｏｔ／２） （１０） 式中：（Ｆ０）ｍｉｎ为初拉力；ｚ为带的根数； ａ为小轮包角。故 ＦＱ＝２×３×７５８×ｓｉｎ（１８００／２）＝４５４８Ｎ（１ １） （３）安装使用与维护。 安装前应检查带是否配组，不配组的 带不得同组安装。套装带时不得强行撬 入，应在规定的中心距调整极限值范围 内将中心距离缩小，待Ｖ带进入轮槽后在 进行张紧。张紧时应在传动装置同一边上 试一下每根带的松紧程度，如不均匀可 空转几圈使其均匀后再张紧到规定的位 置。 对新安装完的新带，在运转２４ｈ或 ４８ｈ后应进行检查和调整；带传动装置应 加防护罩，并应能保证通风和排污。 工程技术 ４结语 除铁器卸料胶带最大速度约为３．１ｍ／ｓ， 也是目前链传动下的最大速度，而经过改造 后除铁器卸料胶带最大速度约为３．８７ｍ／ｓ。 在改造过程中其计算过程是基于国家现有 有关带传动标准范围内的设计。因此在企 业中可以作为标准件生产使用。 参考文献 【１】机械工业部北京起重运输机械研究所 编ＩＳ】．ＤＴ １Ｉ型固定式带式输送机设计 选用手册，北京：冶金工业出版社， １９９４． ［２】汪晓东．带式输送机运行功率的计算问 题［Ｊ】．起重运输机械，２０ｌ１（１０）：５—７． 【３】宋伟刚，彭兆行．气垫带式输送机的设 计与计算［Ｊ】．矿山机械，ｌ９９４（６）：１２—１５． ［４】冯春，季益义，刘传令．带式输送机转弯 装置在徐矿集团的应用【Ｊ］．煤炭科技， ２００５（２）：３７—３８． 【５】海斌，姜辉光．浅谈带式输送机输送带 损伤的原因分析及修补方法［Ｊ］．科技创 新与应用，２０ｌ２（１）：６０． 【６】王龙江．国内外带式输送机的差距及未 来发展趋势浅析【Ｊ］．科技信息，２００７ （１ ８）：１１．
（上接６６页） 试验中控制每孔注浆量，距底板ｌ０００ｍｍ 注浆孔每孔注浆量平均７００ｋｇ，距底板２０００ｍｍ 注浆孔每孔注浆量平均７０Ｏｋｇ，距底板３００ ０ｍｉｉｌ注浆孔每孔注浆量平均１２００ｋｇ。 （４）注浆顺序及方式。 注浆顺序自底板向上间隔跳跃施工。 对于破碎煤岩整体加固可采用深浅孔配合 注浆方式；对于裂隙比较发育，跑冒浆液比 较严重的部位，可采用先浅部注浆，形成 “止浆墙”，再进行深部注浆，保证深部浆液 扩散范围和注浆压力。 （５）施工工艺 施工工艺分为打孔和注浆两部分，首 先按设计要求的钻孔位置、参数和施工顺 序进行打孔，然后将材料按规定配比倒入 搅拌桶进行搅拌，依次连接好注浆泵、出浆 管、孔口管、封孔器和注浆管，开启注浆泵 进行注浆，直到注浆量或注浆压力达到设 计停止标准，最后倒入清水清洗注浆系统。 施工工艺如图２所示。 ’ ４试验结果分析 为评价注浆效果，在煤体注浆前、后进 行了煤壁钻孔窥视探测，观测注浆前后不 同深度的煤岩体破碎程度。窥视孔直径 ４２ｍｍ，孔深８０００ｒａｍ，注浆段观测钻孔一个 在水平和竖直方向距离注浆钻孔１０００ｍｍ， 另一个在水平和竖直方向距离注浆钻孔 １５００ｍｍ，窥视结果如图３、图４所示。 从图中可以看出，注浆之前钻孔内煤 体松散、破碎、纵横交错的裂隙发育明显， 孔内破碎小煤块多，煤的整体性较差。注浆 之后发现孔内破碎煤块明显减少，煤体内 部纵横交错的裂隙得到充填和固结，钻孔 孔壁、孔底能清楚看到有浆体充填痕迹，钻 孔内浆液固结体呈薄厚不一的片状或条 状，空隙得到压实，煤体完整性和稳定性增 加。在距离注浆１ｍ和１．５ｍ的观测内，都能 清楚看到浆体充填痕迹，这说明浆液在煤 体裂隙内充填范围广，注浆达到预期效果。 ５主要结论 （１）超细水泥注浆材料是一种性价比较 高的注浆材料，在煤矿中大量使用可有效 降低成本，推广前景广泛。 （２）超细水泥的流动性好，渗透性强，强 度高，能够有效固结破碎煤岩体。其凝结时 间和强度可以根据注浆要求进行调整，适 应多种情况下的注浆要求。 ６８ 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ （３）井下试验表明，超细水泥注浆可以 有效充填和固结破碎煤块，扩散半径大，注 浆效果显著。 参考文献 ［１】尹希文，闰少宏，安宇．大采高综采面煤 壁片帮特征分析与应用（Ｊ］．采矿与安全 工程学报，２００８，２５（２）：２２２－２２５． ［２】尹志坡．大采高综采工作面煤壁片帮的 分析与预防［Ｊ】．华北科技学院学报， ２００８，５（３）：５１—５３． ［３】袁前进．综放面煤壁片帮的理论分析和 防治［Ｊ】．煤炭科技，２００９（２）：４４－４７． ［４】邝健政．岩土注浆理论与工程实例【Ｍ】． 北京：科学出版社，２００１． 【５】余新明，赵义文．注浆材料工程应用及 展望［Ｊ】．山西建筑，２０１０，３６（３）：１ ８０一 】８１．
