加固煤體中的應用
一、問題的提出
1161（3）大採高工作面下順槽控制點y39+2m～y42段為u型棚支護，處於3#異常區影響範圍。此段範圍內受fg11和fg12斷層影響，巷道上幫煤岩體裂隙發育、頂板破碎、煤壁鬆軟，在人工改u型棚時，頂板易發生抽冒。
表1-1 3#異常區下順槽揭露斷層情況統計表
當工作面回採至上述範圍時，下端頭支架頂板上方為破碎煤體，頂幫管理難度極大，在煤機割煤時若發生大範圍片幫掉頂，有可能出現下列問題：
1、造成通風斷面堵塞、瓦斯異常湧出而導致發生瓦斯超限事故；
2、順槽人工假頂與工作面頂板形成極大落差，形成大範圍空頂、空幫，造成支架接不上頂板，導致出現咬架、倒架事故；
3、造成工作面刮板機壓車，人工處理大面積片掉，作業地點安全作業空間小、安全威脅大，職工安全作業得不到保障。
4、人工處理大面積片掉，導致工作面長期停產，防煤層自燃發火壓力大。
二、問題預防方案 —— 。
1、注固瑞特grt201化學加固材料的施工工藝。
① 打眼。鑽眼方向為煤層傾向方向，布置方式為單排眼布置，每個鑽眼布置在巷道頂板下0.4～0.
6m處，鑽眼孔徑φ42mm，鑽眼仰角10°～30°，眼間距4～6m，眼深6～8m（根據加固範圍進行調整）。
② 埋管。在每個鑽眼內埋入：1根快接管+1個封孔器+1～2根導流管，快接管為2m長4分鍍鋅鐵管，導流管為2m長4分鐵管（管身帶眼）。
③ 注漿。採用高壓注漿幫浦將固瑞特grt201化學材料a組分與b組分注入鑽眼內，a組分與b組分的配合比，體積比1：1，重量比1.
22：1。每孔注漿終壓瞬時峰值不得超過10mpa，注漿結束後，換孔注漿。
2、注固瑞特grt201化學加固材料的施工要點。
① 距離工作面煤壁不得低於4m, 注漿過程中，必須安人觀察跑漿情況。發現跑漿時，須停止注漿，待漿液凝固後開始緩慢注漿，防止漿液從煤壁大量溢位，造成浪費。
② 調整好a組分與b組分的配合，確保配比合理，確保注漿效果達到最優化。
③ 堅持打一眼注一眼的原則。
三、固瑞特grt201化學加固材料的加固原理
1、固瑞特grt201反應原理：通過多異氰酸酯中的異氰酸根與矽酸鹽溶液裡的羥基進行反應生成不溶於水且力學效能優良的固結體。
2、固瑞特grt201對煤岩體的作用機理：網路骨架作用，粘結補強作用，充填壓密作用和轉變破壞機制共四種作用。
① 網路骨架作用：在加固施工過程中，化學漿液在幫浦壓及微裂隙毛細管作用下，擠壓或滲透到煤岩體的大小裂隙中去，反應固結後，在煤岩體內形成了新的網路骨架結構。化學注漿加固後的煤岩體結構內部充滿加固材料形成的漿脈。
這些漿脈在煤岩體中呈薄厚不一的片狀或條狀，但均互相連通形成網狀骨架，網路骨架內是密實的煤岩體，形成骨架的加固材料具有良好的韌性、彈粘性和粘結性能。當外載增加時，加固材料發生變形但不破壞，載荷主要由煤岩體來承擔。這樣整個煤岩體的破壞條件就由原來的裂隙弱面強度條件向接近煤岩體的強度轉化。
當外載超過煤岩體的強度，煤岩體發生破壞和較大的變形時，加固材料網路將以其良好的韌性和粘結強度效能起到「骨架」作用，限制煤岩體破壞的擴大。從而使煤岩體保持其整體性，並具有較高的殘餘強度和承載能力。
② 粘結補強作用：注入煤岩體裂隙中的化學加固材料對裂隙面有很高的粘結力。煤岩體裂隙弱面上的內聚力和抗拉強度幾乎為零，經加固後，煤岩體的整體內聚力和抗拉、抗剪強度大大提高。
經化學材料加固後，由於煤巖體弱面被牢固地粘結在一起，大大地提高了煤岩體和頂板的整體性。它使原來層狀頂板離層後形成的多層梁或裂隙梁轉化為組合梁或整體梁，從而提高了直接頂的抗破壞能力。粘結補強作用對防止煤壁片幫的效果更明顯。
加固材料可將煤壁前方已處於塑性狀態的破碎煤岩體粘結在一起，並可適應較大的頂板下沉而保持其粘結力，使煤壁處的煤岩體保持完整並有一定的承載能力。
③ 充填壓密作用：漿液在幫浦壓和自身反應形成的膨脹壓力的作用下，不但可以將互相連通的煤岩體裂隙充滿，同時，由於化學注漿加固材料粘度極低，在壓力的作用下，還可將一些充填不到的封閉裂隙和孔隙壓縮，從而對煤岩體整體起充填壓密作用。這種作用的結果是使煤岩體的彈性模量提高，強度也相應提高。
④ 經過加固後，裂隙內充滿加固材料且有一定的膨脹壓力，加上材料對裂隙面的粘結作用，會使裂隙端部的應力集中大大削弱或消失，從而使煤岩體的破壞機制發生轉變。例如，由原來的裂隙擴充套件破壞轉變為在最大剪應力作用面上的剪下破壞或是在垂直最小主應力方向上發生拉伸破壞等。另外，在煤壁和回採巷道附近煤岩體的破碎是由於處於二向應力狀態(裂隙面法向應力為零)，而當裂隙內充滿加固材料後，將變為三向應力狀態。
在受壓的情況下，煤岩體在三向應力狀態時的強度極限將比在雙向或單向時顯著增大，並且脆性減弱，塑性增強。因此化學注漿加固也起到了轉變破壞機制和增強煤岩體強度的作用。
四、效果分析
1、漿液數分鐘即可固化，4小時即能達到30mpa以上的抗壓強度。粘結強度超過3mpa以上。固結體韌性好，壓縮20-30%也不脆裂。
2、液態狀態下，a組分不可燃，b組分屬於高閃點、無揮發性材料；反應溫度低，固化後具有抗靜電，不可燃等特性，安全可靠，對環境以及地下水無汙染，環保可靠。
3、注固瑞特grt201後，使作用在頂板上的壓力能有效的傳遞到煤壁，通過對煤壁的加固，又能把載荷有效傳遞到底板。由於煤壁強度的增大，又能有效減小作用在底板的載荷集中度，從而減小底板岩體的應力，通過對底板的保護，使得在底板、煤壁穩定的情況下又能有效保護頂板的穩定；頂板的穩定不僅取決於頂板載荷，同時也同樣取決於底板及煤壁的穩定，因此，注固瑞特grt201加固的乙個重點就是保證煤壁及底板的穩定，從而保證整個懸臂梁結構的穩定。從而擴大了有效承載範圍，提高了支護結構的整體性和承載能力。
進而有效的保護了煤壁和頂板。
五、總結
現場觀察注漿加固範圍：煤層內向上加固範圍為1m～1.7m，向下加固範圍不小於3m，左右加固範圍2.2m～3.4m。
通過注固瑞特grt201期間的觀察表明，此項技術能夠很好的控制斷層影響範圍內鬆散破碎的煤體，使煤體成一整體，能承受因採動、工作超前壓力等帶來的不利影響，減小載荷集中度。徹底杜絕了斷層影響範圍內下三角附近鬆散煤體的大面積片掉威脅，確保了大採高工作面的快速推進。
此項技術為處理類似情況提供了更加有利的理論依據。