柔模泵注混凝土沿空留巷技術分析范文

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摘要：某礦在以往的生產過程中存在萬噸掘進率高、采儲量損失嚴重等問題。為了改善生產實踐中的諸多不足，通過采用柔模混凝土沿空留巷技術，實現了無煤柱開采，提升資源回收率，增加礦井服務年限；減少巷道掘進率，實現安全生產，提高礦井技術經濟指標，在同行業競爭中取得優勢。

關鍵詞：柔模混凝土；沿空留巷；安全生產

所謂的“沿空留巷”技術，指的是煤礦為了回收在2個工作面中間留設的保護煤柱，保留原工作面的回采巷道，重新支護，通過加強支護或采用其他有效的技術手段，留給鄰近工作面回采時作為一條順槽再次使用。柔模混凝土支護技術：第一步用特殊纖維制作一次性柔性模袋，安裝到需要留巷砌墻的位置；第二步通過混凝土泵將配比好的混凝土攪拌物灌輸到已經安裝好的柔模袋中。這種方法的關鍵就是利用了纖維柔模袋的特殊性，能把混凝土漿液中的一定量水滲透出來，而把漿液留在袋內。這樣，既保持了漿液運輸的方便性，又保證了支護強度。沿空留巷中使用柔模混凝土支護技術克服了鋼模板混凝土施工中的主要缺陷，工藝簡單，安全性高，成型速度快、支撐效果好。

1工作面基本情況

某礦是2009年根據山西省煤炭資源整合要求重組的整合礦井。2005年，30萬t/a的15號煤接替井建成投產。2009年在煤炭資源整合中，核準擴建60萬t/a礦井和120萬t/a選煤廠。2009年11月24日，獲得長期采礦許可證，批準開采3號和15號2個煤層。2014年1月1日正式建成投產，核定生產規模60萬t/a，井田面積7.3km2（其中3號煤層有3km2）。目前該礦正在開采15號煤層。15204工作面運輸巷位于礦區西南部，沿15號煤頂板及底夾矸掘進，巷道水平標高985m，凈寬5m，巷道平均高度4.2m，凈斷面21m2，坡度0°~5°，以全站儀所標定的中線為中心線，開口位于南翼運輸大巷680m處。

2柔模泵注混凝土技術簡介

柔模泵注混凝土沿空留巷技術是西安科大教授王曉利帶領團隊多年攻關、研發而成，核心技術一是沿空留巷技術，二是巷道支護技術。

2.1支護結構及工藝

柔模泵注混凝土沿空留巷支護：第一步：用兩層高強度特殊纖維織物制作一次性柔性模袋，將柔性模板預先安裝吊掛到巷道里面需要留巷砌墻的位置，上部單體頂上頂板，錨栓連接靠巷道內側的鋼筋。同時，選定地點的專門生產線按設計規范和配合比，生產出自密實混凝土干料，用袋裝或者散裝的形式運至井下混凝土泵站。第二步采用皮帶上料機將混凝土干料送至混凝土輸送泵攪拌槽進行二次攪拌，在攪拌的過程中加水，經過混凝土拌合物加水攪拌均勻，通過混凝土輸送泵將配比好的高性能混凝土攪拌物灌輸到已經安裝好的柔模袋中。第三步泵進的混合物在模板內流動，平實，自動排出多余的水分，最終充分緊密頂板，達到支護作用，由此完成沿空留巷的過程。

2.2支護思想

（1）柔模泵注混凝土巷旁支護具有先柔后剛的特點，一方面，很快就可以具備較大的支撐力量，而且還可以順著頂板向下運動適當緊縮；另一方面，后期具備足夠的剛性，足以作為沿空留巷中的巷旁支護。采用柔模混凝土巷旁支護，好處是巷道形狀變化幅度小，巷道支架所承受的壓力小，不僅滿足生產需要，而且在整個服務期內維修費用都較低。柔模泵注混凝土巷旁支護因為優良的技術特性，所以可以在保證支護強度與穩定性的同時，將充填體盡可能設計得窄。充填體的寬度影響著支護實踐中的穩定性、也影響著支護的經濟效果。

（2）充填體寬高比達4∶5時性價比最好，在充填體的穩定性方面，充填體寬度越窄，穩定性越差，但成本越低。隨著巷旁充填體寬度增加，穩定性也增加，但較寬的充填體不僅增加了護巷的成本，降低了沿空留巷經濟效益，也增加了煤礦留巷材料運輸壓力和工人施工的勞動強度。在實際操作中，一般要確定充填體的寬高比，首先是要確保穩定，在各項性能達到穩定要求的基礎上，充填體寬度盡可能小，因為越小經濟效益越高。

（3）在巷道內澆注混凝土連續墻，能夠保證施工方便，確保安全，同時滿足支護可靠性。一般安排晚班回采，中班留巷，早班檢修，絕不會影響生產進度。

315204工作面沿空留巷技術

3.1巷旁支護參數設計

根據工作面三機配套和回風要求，確定15204工作面沿空留巷的寬度為4000mm。當墻體高度小于4.5m時，墻體寬度為800mm；當墻體高度不小于4.5m時，墻體寬度為1000mm，混凝土強度等級為C30。在墻體內預置錨栓，雙托板安排雙螺母；錨栓的間排距為1000mm×1000mm，這樣做出的巷旁支護橫斷面如圖1所示。

3.2沿空留巷壓力計算

基于15204工作面的地質與開采條件，確定采用“分離巖塊法”計算沿空留巷圍巖壓力。使用這種計算方法是因為沿空巷道和支護上方形成了支護靜載荷，由一定范圍內分離巖塊的重量構成，建立沿空留巷巷旁支護礦壓計算模型。

3.3墻體承載力驗算

柔模混凝土是一種纖維包裹加筋的預應力復合材料結構體。因此，柔模混凝土的承載力由約束增強體和核心混凝土兩部分組成。在軸向壓力作用下，被約束的核心混凝土產生橫向擴容變形，使得錨栓產生拉伸變形，從而形成了作用于核心混凝土的橫向約束力，核心混凝土處于三向受壓應力狀態。與素混凝土相比，柔模混凝土的強度和延性都得到提高。

3.4墻體抗滑穩定性驗算

采空區冒落的矸石堆積在柔模混凝土墻體的側邊，對柔模混凝土墻體有一定的側壓力，需進行柔模混凝土墻的抗滑穩定性驗算。

3.5臨時加強支護設計

超前工作面20m范圍內仍然按照《15204工作面回采作業規程》的設計要求進行臨時加強支護。滯后工作面50m范圍內采用3排單體支柱進行臨時支護，靠墻體側單體間距800mm，巷中和煤幫側單體間距1200mm，單體排距為1500mm。

4技術經濟效果分析

4.1降低巷道掘進率，提高資源采出率

實施沿空留巷以后，井下每個回采工作面都可以減少工作量，少掘進1條巷道，回采巷道掘進率可以降低40%~50%，極大地緩解了礦井采、掘銜接不順暢的矛盾。回收20m區段護巷煤柱，提高區段采出率13%，礦井服務年限可延長13%。

4.2回收煤柱經濟效益

按照留巷長度1000m計算，煤層平均厚度4.3m，密度1.4t/m3，煤柱20m，采出率95%，采用沿空留巷以后，共計多回收煤炭資源11.4萬t，噸煤收入按照500元，利潤按200元計算，僅回收煤柱就可以增加收入5700萬元，創造利潤2280萬元。

參考文獻：

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作者：韋瑜 單位：山西新景煤業有限責任公司