牛肖肖

（冀中能源峰峰集团有限公司 大淑村矿，河北 邯郸 056300）

1 概 况

冀中能源峰峰集团大淑村矿作为高瓦斯突出矿井，通过对软煤层打钻工艺的研究，解决了软煤层深孔打钻难题。同时，进一步研究各种封孔工艺，形成“两堵一注”带压注浆方法，取得了良好的抽采效果，但也提高钻孔封孔成本，如何进一步研究出新型低廉的注浆材料成为了重点工作。采取预抽煤层瓦斯和开采保护层区域综合防突措施对井下煤层消突，施工钻孔类型以顺层钻孔、穿层钻孔为主，在钻孔施工工艺和施工深度达标的情况下，如何能够保证最佳封孔效果，是研究的主要问题。预抽煤层瓦斯的关键环节是瓦斯抽采，大淑村矿作为高瓦斯突出矿井，每个采掘工作面瓦斯抽采量和抽采率决定这个工作面在采掘过程中的安全性和可靠性。穿层预抽抽采大煤瓦斯是野青工作面开采过程中的一个重要环节，既能保证保护层回采过程中的安全生产，又能及时抽采大煤瓦斯，消除大煤工作面突出危险性，为大煤掘进与回采打下良好基础。

2 用途及工作原理

粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，也是燃煤电厂排出的主要固定废物。外观类似水泥，颜色在乳白色到灰黑色之间变化，颗粒呈多孔型蜂窝状组织，具有较高的吸附活性，颗粒的粒径范围为0.5～300μm，珠壁具有多孔结构，孔隙率高达50%～80%，有较强吸水性。粉煤灰排放也给生态环境造成巨大压力，亟待解决。粉煤灰目前在我国建工、建材、水利等各部门得到广泛的应用，但在煤矿行业中未曾使用。

把如何能在保证封孔质量的基础上进一步降低注浆成本当做课题进行研究，对“普通水泥、普通水泥加膨胀剂、普通水泥加粉煤灰”3种注浆材料进行对比试验，最终确定“普通水泥加粉煤灰”，凝固效果显著，成本较低。

考虑到粉煤灰有较高的吸附活性，也有较高的吸水性。将“普通水泥、普通水泥加膨胀剂、普通水泥加粉煤灰”3种注浆材料进行对比试验。

3 试验的过程与结果

3.1 试验前准备

试验所需工具：塑料杯（内高7.8 cm，内直径5.7 cm）3个同等规格，天平秤1台。

3.2 试验所需材料

试验所需的材料：普通水泥、粉煤灰、膨胀剂、水。

4 试验过程

（1）首先对3个塑料杯和3个玻璃杯分别对等编号为1、2、3。

（2）从1号塑料杯量取100 g普通水泥倒入1号玻璃杯中。用直尺测量1号玻璃杯中普通水泥的高度为5.3 cm（体积V1前d=135 g/cm）。

（3）从2号塑料杯量取100 g普通水泥倒入2号玻璃杯中，再量取10 g膨胀剂加入2号杯中，搅拌均匀。用直尺测量2号玻璃杯中普通水泥的高度为5.5 cm（体积V2前d=140 g/cm）。

（4）用3号塑料杯量取100 g水泥倒入3号玻璃杯中。再100 g粉煤灰混合后再加入3号杯中，搅拌均匀。用直尺测量3号玻璃杯中的高度为7.1 cm（体积V3前d=180 g/cm）。

（5）分别对3个玻璃杯加入足量水分，进行搅拌，等待反应。

（6）12 h后观察。1号杯中凝固水泥高度为4.8 cm（体积V1后d=122 g/cm）。2号杯中因膨胀明显高于1号杯中，对杯中补满水，倒出杯中水，量出后补满的水质量为3.6 g，计算出水的体积为3.6 g/cm，杯的总体积减去水的体积V2后等于195.3 g/cm，为水泥膨胀后的体积。3号杯中膨胀明显高于1号，也略高于2号杯中，对杯中补满水，倒出杯中水，量出后补满的水质量为3.3 g，计算出水的体积为3.3 g/cm，杯的总体积减去水的体积V3后等于206.6 g/cm，为水泥膨胀后的体积。

5 试验结果及分析

5.1 试验结果

（1）V1前=135 g/cm；V2前=140 g/cm；V3前=180 g/cm。

（2）V1后=122 g/cm；V2后=195.3 g/cm；V3后=206.6 g/cm。

5.2 对比分析

（1）加水前体积对比：V3前＞V2前＞V1前

（2）加水前后各杯体积对比：V1前＞V1后；V2后＞V2前；V3后＞V3前

（3）加水后各杯体积比：V3后＞V2后＞V1后

5.3 凝固时间分析

1号杯中水泥凝固时间为8 h，2号杯中水泥凝固时间为5.5 h，3号杯中水泥凝固时间为4 h。

5.4 凝固强度分析

1号杯中水泥凝固性较松软，2号杯中水泥凝固性松软，3号杯中水泥凝固性坚硬。

5.5 总结分析

通过以上对比，可以确定3号杯中的普通水泥兑上一定比例的粉煤灰加水（1∶1∶1）膨胀后的效果明显优于其他2种，并且凝固性最强。虽然普通水泥和膨胀剂加水膨胀的效果也明显优于第一种，但第三种比第二种效果更好，可以确定“普通水泥加粉煤灰”为最佳新型注浆材料。“普通水泥加粉煤灰”凝固效果如图1所示。

图1 “普通水泥加粉煤灰”凝固效果Fig.1 Setting effect of"ordinary cement plus fly ash"

6 取得的主要成果

该矿已在172405工作面外段预抽钻场进行现场试验。采用“普通水泥加粉煤灰”注浆材料进行封孔注浆，接抽后实测孔口浓度达到70%～90%，与之前注浆材料使用后的抽采浓度相比，上升30%左右，有效提高了抽采浓度，增强了抽采质量。172404上顺槽外段预抽7号钻场抽采瓦斯浓

7 结 语

大淑村矿施工穿层钻孔封堵对比试验，通过观测抽采效果，可以确定普通水泥加粉煤灰与普通水泥加膨胀剂在实际应用中可起到相同效果，甚至更度最大达到53%，比以往预抽钻场抽采浓度提高一倍以上（表1、表2）。好的效果。进一步分析成本，可发现普通水泥加粉煤灰封孔材料成本低于普通水泥加膨胀剂的使用成本，由此可以确定普通水泥加粉煤灰所组成的新型注浆材料不仅封堵效果良好，而且降低了成本，同时也保护了环境，可广泛推广使用。

表2 预抽6号钻场（采用以往封孔注浆材料）抽采情况（11月数据）Table 2 Pumping of No.6 drilling site(using old material)(November data)