破碎煤岩体双液注浆装置设计与应用

2021-10-11任菲菲

煤 2021年10期

任菲菲

(山西沁和能源集团九鑫煤业有限公司，山西晋城 048000)

我国是一个能源大国，煤炭消耗量位居世界第一，对于我国经济发展具有重要的促进作用。按照《能源发展“十三五”规划》的要求，未来相当长的时间内，我国能源结构还是以煤炭为主，到2020年，中国煤炭消费总量控制在41亿t以内，所占比重应减少到58%.随着煤炭的大量回采，浅埋深煤层已趋于殆尽，煤矿企业不得不向深部开采，而深部开采面临三高一扰动的问题。在高地应力作用以及强烈的开采作用影响下，煤矿巷道破碎给煤矿安全生产带来了威胁，而注浆加固是治理巷道煤岩体破碎的有力手段。以往注浆多采用高分子材料，虽然该材料效果好，但成本高，大量使用还会造成高温，给煤矿安全生产带来不稳定因素。随着无机注浆材料的产生，目前注浆多采用双液无机注浆材料。该材料虽然单液长时间不凝固，但双液混合后凝固迅速，可有效治理破碎煤岩体。在双液无机注浆材料的应用中，如何使注浆材料进行有效混合和有效封堵是研究热点。为了提高双液注浆的质量，设计了一种适应于破碎煤岩体双液注浆的“双液注浆混合装置”。

1 双液注浆装置的设计

该双液注浆装置包括浆液管、外注浆管、内注浆管、封堵组件、滑动座、定位座、浆液泵送组件一和浆液泵送组件二等8个部分。其中，煤层钻孔内设有浆液管伸入套，浆液管的外侧设置有封堵组件，封堵组件的中心设置有滑动座，内注浆管同轴位于所述外注浆管内的中心位置，且内注浆管与所述外注浆管之间的空间为外注浆管的注浆腔，外注浆管和内注浆管通过滑动座伸入所述浆液管内，内注浆管的中心注浆腔连通于浆液泵送组件二，外注浆管的注浆腔连通于浆液泵送组件一，外注浆管与内注浆管之间采用定位座进行定位连接，如图1所示。

图1 双液注浆装置

双液注浆装置由注浆防堵系统和双液注浆混合系统两个系统组成。

1.1 注浆防堵系统

注浆防堵系统包括橡胶柱、橡胶盖、外限位座、内限位座、导管,其中，橡胶柱向浆液管的径向方向延伸并固定在浆液管外壁出浆孔的四周，橡胶柱的端部固定设置有橡胶盖，橡胶盖与浆液管外壁之间间隔设置，使得出浆孔流出的浆液经过橡胶盖与浆液管外壁之间的孔隙流出，以便封堵与支护煤层的孔隙。

外限位座和内限位座间隔地设置在滑动座上，且外限位座和内限位座之间的空间内填充有膨胀剂，用导管连通至外限位座和内限位座之间的空间，通过导管向内注水使膨胀剂膨胀，即实现对钻孔的封堵。其结构如图2所示。

图2 双液注浆封堵系统装置

1.2 双液注浆混合系统

双液注浆混合系统包括搅叶盘座一、搅叶盘座二、辅助混叶盘和主混叶盘。其中，搅叶盘座一和搅叶盘座二采用辅助连通腔连通设置，且搅叶盘座一和搅叶盘座二内均设置有搅动圆柱腔，搅动圆柱腔内各自设置有搅叶盘一和搅叶盘二，辅助连通腔内设置有辅助混叶盘，辅助连通腔上远离搅叶盘座一或搅叶盘座二的方向一侧还连通设置有圆柱形结构的主混叶腔，主混叶腔内设置有主混叶盘，主混叶腔的出浆侧连接至内注浆管的中心注浆腔。搅叶盘一和搅叶盘二的形状以及旋转方向使得各自的浆液均向辅助连通腔侧流动，辅助混叶盘上的叶片为沿着其径向方向延伸的平面叶片，主混叶盘使得混合后的浆液向内注浆管方向流动，且主混叶盘的转速至少为所述搅叶盘一或搅叶盘二的两倍，保证了浆液混合的效果和效率。其系统如图3所示。

图3 双液注浆混合系统装置

2 双液注浆装置的应用及其效果

2.1 双液注浆装置的应用

当注浆工程开始时，外限位座(32)和内限位座(31)间隔地设置在滑动座(6)上，且外限位座(32)和内限位座(31)之间的空间内填充有膨胀剂，将导管(22)连通至外限位座(32)和内限位座(31)之间的空间，通过向导管(22)内注入水，使得膨胀剂膨胀，实现对钻孔的封堵。定位座(27)为内空结构，穿过定位座(3)设置内注浆管，外注浆管(4)与内注浆管(3)外壁之间的外注浆管注浆腔与定位座(27)的内空腔连通，浆液泵送组件一输送浆液的管路伸入定位座(27)的内空腔内，在注浆泵压力的作用下，将浆液输送到钻孔中，即实现煤岩体注浆加固。注浆施工完成后，利用连接耳(10)将该外注浆管和内注浆管拉出。