谭坪矿远距离输送注浆工艺的实践应用

管仁威

（山西焦煤霍州谭坪煤电有限责任公司，山西 霍州 031400）

1 工程概况

谭坪矿位于山西乡宁矿区，一期工程设计生产能力4.0Mt/a，配套建设同等能力的选煤厂。矿井一期投产时在工业场地开凿主井、副井、中央风井三个井筒，井下布置一个大采高综采工作面，井下煤炭运输采用带式输送机，辅助运输采用无轨胶轮车。在开采过程中，由于该矿井深大，围岩软弱、破碎、松散、膨胀、地压大，巷道以往采用的锚网支护技术效果不佳。在煤矿的行人运输巷道中在锚网支护的基础上必须使用钢管混凝土支架复合支护作为二次支护。钢管混凝土支架复合支护工艺的施工工序为：扩断面→锚网支护→安装支架→充填→灌注混凝土→喷浆→壁后注浆。壁后注浆为钢管混凝土支架复合支护的最后工序，通过注浆将深部围岩与浅部围岩加工成整体，该工序的操作为该支护的关键工序，关系着钢管混凝土支架的质量与使用寿命。在该壁后注浆工序过程中的注浆需求量达5～6.5t/m，但是以往采用的是就近注浆办法，会受到水泥运输能力和注浆泵泵送能力的控制影响，导致注浆工程有相应的滞后性，降低了围岩注浆加固的应用效果。

为解决因水泥运输能力和注浆泵泵送能力而导致的注浆不及时问题，对谭坪矿进行了远距离输送地面注浆技术的实践应用研究。通过在地面注浆站进行制浆，再通过远距离输送后完成钢管混凝土支架复合支护工艺中的壁后注浆工序。该技术有效地提高了复合支护工艺中的注浆效率，有效地保障了行人运输巷道的围岩稳定性。

2 远距离输送地面注浆技术的试验巷道分析

为保障第一次远距离输送地面注浆技术的试验效果，试验地点确定为谭坪矿主暗回风三联巷。该巷道是联接回风斜井与北翼主暗斜井的第三条联络巷。该巷道的埋深较大为1010m，围岩软弱、破碎、松散、膨胀、地压大，巷道的作用为煤料通道和行人通道，该巷道的服务年限较长必须保障其安全性。经技术部门考察研究，必须对该巷道使用钢管混凝土支架复合支护作为二次支护，才能有效地降低巷道的维修频率，提高安全性，保障服务年限。针对该巷道的实际情况，设计钢管混凝土支架的参数如下：直径d=4.1m的圆箍，巷道支护长度l=50m，经计算混凝土注浆量为300t。按谭坪矿以往井下注浆工艺的注浆效率来计算，需要45d才能完成该工程的壁后注浆工序，这会降低钢管混凝土支架的质量，因此在主暗回风三联巷的钢管混凝土支架复合支护工艺施工过程中采用远距离输送地面注浆工艺是非常有必要的。

3 远距离输送地面注浆技术的设计方案

根据该矿主暗回风三联巷钢管混凝土支架复合支护工艺的实际情况，设计了远距离输送地面注浆技术的整体方案。该技术工艺共分为地面制浆系统部分、管路输送系统部分和井下注浆系统部分三部分，下面逐一对相关结构进行分析。

3.1 地面制浆系统

地面制浆系统工艺流程设计如图1所示，主要包括水泥罐、造浆系统和制浆控制系统。水泥罐为4个50t一体立式罐装水泥储存罐；造浆系统由皮带机、高位水池、NL20型制浆机、蓄浆池、泥浆泵、除砂器、精浆池、搅拌机等组成，该制浆系统最大生产能力15m3/h；制浆控制系统采用PLC控制系统，计算机综合控制柜可以采用电脑自动控制，对地面制浆系统的生产流程进行控制和管理，并实时显示所有的数据，可以通过变频调速螺旋机来实现制浆设备的自动调节，通过对现场数据的采集处理实现对制浆过程的全程跟踪控制。

图1 地面制浆系统工艺流程示意图

3.2 管路输送系统

主暗回风三联巷道的埋深达1010m，注浆压力≥5.5MPa，注浆管路选择抗压≥11MPa的高压管路。注浆管路的布置方案：注浆孔1#、2#→注浆孔通道→1013运料巷→1013边眼→1013运输巷→1014边眼→主暗斜井→主暗回风三联巷。铺设两趟4PS-35MPa-76mm型高压无缝钢管，同时在变坡拐弯点设置有阀门及压力表，用来对注浆管道进行压力检测。

3.3 井下注浆系统

该钢管混凝土支架复合支护工艺壁后注浆工序中，基于注浆量大、注浆压力大的实情，设计采用深孔和浅深孔交叉式排式布置的方案，同时采用多次注浆方法。具体设计参数为：深孔孔深8.5m，浅孔孔深3.5m，排距5.5m，每排设计布置注浆孔5个，间距1.9m。注浆孔的具体分布情况如图2所示。

图2 浅深注浆孔布置示意图

工程施工时，先对浅孔进行施工作业，完成注浆施工后，再对深孔进行打眼作业，继而下长度l=1500mm的四分管，保障注浆管下管的外露长度≤50mm。同时要对注浆管口丝扣处进行有效的清理，保障其完整性和卫生干净。

井下注浆系统的设计方案：地面制浆系统每0.5h工作一次，可制浆4m3；利用浆液自流和注浆分流器来实现壁后注浆作业。

远距离输送地面注浆技术方案形成后，经多次试验进一步完成了注浆工艺的优化，确定了如下的技术措施：（1）地面制浆系统中水泥浆水灰比控制为1:0.8；（2）为保障注浆管路的安全，调整地面制浆时间为每0.4h，制浆量4m3，同时采用人工方式确认制浆的时间和方数。

4 现场试验效果分析

在谭坪矿主暗回风四三巷钢管混凝土支架复合支护工艺壁后注浆工序当中，远距离输送地面注浆技术方案的应用效果明显，仅用5d时间就完成了该巷道所有设计方案中的浅孔和深孔的注浆作业，将以往传统注浆需要40d工期的工程缩短为5d。从注浆效果来看，该注浆技术因注浆时间非常短，注浆效果非常理想，同时注浆效率也非常高。从该巷道的二次支护情况来看，围岩稳定性较好，无形变现象发生，有效地提高了钢管混凝土复合支架的质量，对保护该巷道的支护安全起到了关键作用。

5 结论

针对谭坪矿主暗回风三联巷的工程实况，钢管混凝土支架复合支护工艺壁后注浆工序采用了远距离输送壁后注浆技术方案。该技术有效地消除了水泥运输能力和注浆泵泵送能力对注浆效果的影响，将施工工期从40d缩短为5d，注浆效率和注浆效果都非常理想，有效地保障了该巷道钢管混凝土支架复合支护的质量，提高了巷道围岩稳定性，为实现高产高效安全开采奠定了基础。