充填体注浆补强技术研究
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摘 要：充填体注浆补强，就是在建筑物下综合机械化充填采煤技术的基础上，对架后充填区域采用粉煤灰、水泥浆、高水材料和水分别配置相应浆体，通过注浆管道输送到井下，最后到达工作面采空区充填区域内预埋的注浆管，适时对松散充填体加固，形成以较高密实度和强度的充填体为主的上覆岩层支撑体系，有效控制地表沉陷在建筑物允许值范围内，实现村庄不搬迁，安全开采建筑物下遗留煤柱。该项目的成功实施，取得了较好的技术经济效果。
关键词：充填体 注浆补强 粉煤灰
中图分类号：TD823.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（c）-0090-04
Research on strengthening technique backfill
Zhang Shuguo
（Jizhong energy Limited by Share Ltd Xingtai mine in Hebei Xingtai 054026，China）
Abstract：Backfill reinforcement，is based on the comprehensive mechanized coal mining under buildings filling technology，the backfill area using fly ash，cement slurry，high water material and water are respectively arranged corresponding slurry，transported to the underground through the grouting pipe，finally arrived at the working face goaf grouting filling area in advance buried pipe，timely loose backfill reinforcement，the formation of overlying strata with high density and strength of the filling body of the supporting system，effective control of surface subsidence in the allowable range of village，do not move，safety mining under buildings remaining coal pillar.The successful implementation of the project，and achieved good technical and economic effect.
Key Words：Backfill；Reinforcing；Fly ash
冀中能源股份有限公司邢台矿1968年10月投产，现生产能力195万t/年。经过40多年高强度开采，剩余可采储量越来越少，截至2008年底，邢台矿剩余可采储量仅2327.9万t，而矿区范围内的村庄及工业广场建筑物、断层、冲积层下却压有5823万t煤炭资源，严重影响着矿井的后续发展，以及周边环境的和谐稳定。
2008年，邢台矿与中国矿业大学合作，试验研发了“建筑物下综合机械化充填采煤技术”，即将地面矸石与粉煤灰等废弃物通过投料钻孔投放到井下，采用胶带输送机运送到工作面的采空区，通过自夯式充填开采液压支架、充填开采输送机等配套设备实现对采空区充填，以控制地表变形。截止目前，通过对7606以及7608充填体压力监测实测效果显示，充填开采充填体对顶板的下沉起到了一定的控制作用，取得了较好的技术经济效果。为进一步提高充填质量，保证充填效果，以及工程质量的要求，矿研究决定在充填的基础上，在架后充填区域进行注浆补强。根据现有充填的实际情况，水文地质条件、工程要求、原材料供应及施工成本等综合因素考虑，矿决定选择采用注粉煤灰、水泥浆以及高水材料对较松散充填体进行加固。使用高压注浆泵将浆液压注到充填体后，可以有效地把松散的矸石粉煤灰充填体粘合为一个整体。从而提高了松散充填体的完整性和密实度，增大了其承载能力，更进一步实现了对顶板和两帮以及地表变形的有效控制。该项目的成功实施，为建筑物下综合机械化充填开采有效控制岩层移动和地表沉陷提供了一条新的技术途径。
1 注浆材料的选择
因为浆液需要通过管道进行较长距离的输送才能到达工作面充填区域，所以经过多方面因素的综合考虑，所以我们对注浆材料要求应该是：黏度低，流动性及扩散性和可注性好，这样的注浆材料才能快速均匀进入充填体细小裂隙内，对环境无污染，对设备管路无腐蚀性，材料来源广泛，价格便宜，注浆工艺简单，浆液配制方便。因此，选择一种合适的浆液，使施工既有效又经济是我们考虑的首要问题。我们通过对地质地层条件，水文地质条件，工程要求，原材料供应及施工成本等多方面因素的分析和考虑，矿决定选择采用注粉煤灰、水泥浆以及高水材料对较松散充填体进行注浆加固，以进一步提高充填体强度。
2 注浆管的埋设与规格
注浆管预先在充填支架后埋设，吊在充填运输机里面的顶网上，从运料巷或溜子道接出，与浆液输送管路接通。根据架后充填区域的实际情况，埋设的注浆管路采用3寸的金属管，能承受一定程度上的压力而保持不变形，管上布置直径20 mm的花眼，眼间距200～300 mm，五花布置，便于浆液快速均匀的扩散到充填体的细小裂隙内。管路之间用卡箍连接牢固密实。每当工作面推进15 m时，从机头或机尾埋设一趟注浆管，迈步交叉埋设。详见图1。
3 技术要求
为了杜绝工作面机尾一出水就停止注浆的弊端，必须加大工作面机尾的排水能力，再加一台大功率排水泵及配套排水管路，24 h连续注浆，停泵标准为（压力积聚增加、充填体出浑水）。同时为了防止浆液输送堵管事故的发生，通风科必须做到注浆加固系统和注浆防灭火系统能够快速转换；通风科在三轨道破头安设泄浆三通并考虑上自动卸压装置；施工单位在7608注浆管路上也安设泄浆三通，当发生管路堵塞事故时，能快速在相关地点打开三通泄浆泄压，以保证管路的畅通。
4 工作内容及分工
4.1 技术科
技术科负责注浆主要参数（浓度、压力、流量以及布管）的制定及搜集整理，对注浆工艺及时调整，并在两巷注浆期间安排技术人员跟班监督注浆情况。
4.2 调度室
调度室须及时准确掌握注浆进展，及时协调解决注浆过程中管路、阀兰及各单位协调，督促相关单位配合保障。
4.3 通风科
通风科注浆组20日内与中矿联系完善浆液浓度自动化控制系统，在注浆过程中，必须保证和控制粉煤灰的浓度，不能超过55%，在注浆站输浆管口安设压力表；严格按技术科要求开始、停止注浆工作。
4.4 地测科钻机组
钻机组必须尽快熟悉双液注浆泵的使用方法，保证高水材料A、B两种浆液在机尾混合进入充填空间，并杜绝堵管事故；两单位每班必须由完整的注浆记录，并及时报技术科、调度室。
4.5 生产单位
生产单位必须加大工作面机尾的排水能力，杜绝机尾一出水就停止注浆，必须放专人（副班长以上）盯着井下注浆点的流量表与压力表，做好当班记录，现场交接班；当达到必须停泵标准时，及时电话联系地面注浆站停泵；如发生异常情况，及时向相关领导汇报并做好详细的记录，按技术科设计要求及时铺设两巷注浆管路，并及时外运和改管，且负责流量计和压力表的完好、准确。
5 注浆管路堵塞处理应急预案
当井下注浆压力表出现压力急聚上升等堵管征兆时，生产单位观测人员首先通知井上注浆站，停止投料；再通知调度室、突击小组。当调度室接到堵管事故后，立即通知值班领导、注浆管防堵指挥部并由总指挥组织抢修疏通管路。接到通知后，指挥部所有成员必须在20 min内到达矿调度室并由指挥部主任介绍事故情况；指挥抢修管路工作。突击小组当接到井上注浆站停泵通知时，可直接组织小组成员到注浆管路的指定位置（三轨道破头、7608工作面）开启泄浆三通。由领导小组安排相关人员查明堵管原因，采取相应措施直至管路畅通。如图2所示。
6 注浆统计及效果
从2010年4月12日截止到8月末，7608充填工作面风巷、溜子道各埋设12根管路，累计注水泥浆141 t，注粉煤灰15844 m3，注高水144 t。
根据7608充填工作面充填体实测监测数据记录显示，由于工作面对充填体注水泥浆和粉煤灰加固作用，得出结论：注浆后周期来压步距比注浆前明显有所延长，分析认为，注浆材料对顶板起到了抑制作用。注浆之前来压周期平均为37.1 m，注浆后来压步距增为41 m，周期来压步距同比延长了10%。可见，对架后充填区域采用注浆补强，明显改善了充填工作面的压力显现，加强了充填工作面顶板的变形控制。
下表为8月份7608工作面注浆统计数据（如表1）。
通过我矿技术人员和施工单位的共同努力，成功的实施了充填体的注浆补强。该技术有效的解决了充填体存在的充填不接顶，不均匀，强度低，充填体养护龄期长，整体性差等技术性难题，进一步的提高了充填体的密实度和强度，实现了对顶板和两帮变形以及地表沉陷的控制。粉煤灰作为井下注浆材料，可大大减少地面粉煤灰的排放量，降低了对环境的污染和排放费用。该技术的使用在我国尚属首次，经济效益和社会效益十分显著。
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