煤礦高水材料充填沿空留巷技術(shù)研究范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了煤礦高水材料充填沿空留巷技術(shù)研究參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:通過分析高水材料力學(xué)特性，得出高水材料具有增阻速度快、支護(hù)阻力大、適量可縮的特點(diǎn)，結(jié)合凌志達(dá)煤礦15210工作面具體地質(zhì)條件，提出采用高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)，選取了合適的充填設(shè)備和充填工藝，經(jīng)現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞:高水材料;沿空留巷;充填

沿空留巷相比較留設(shè)煤柱維護(hù)巷道而言，不但能夠?qū)崿F(xiàn)Y型通風(fēng)方式，而且可以提高煤炭采出率，有效控制巷道穩(wěn)定，對礦井安全高效開采具有重要意義［1］。巷旁支護(hù)是保證沿空留巷成功的關(guān)鍵，之前采用的巷旁支護(hù)技術(shù)存在一定范圍的局限性，難以適應(yīng)沿空留巷圍巖變形。高水材料因具有增阻速度快、支護(hù)阻力大、適量可縮等優(yōu)點(diǎn)，近年來被越來越多地應(yīng)用于沿空留巷［2］。現(xiàn)階段，許多學(xué)者針對高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)進(jìn)行了大量研究。熊祖強(qiáng)等［3］針對高水材料巷旁充填的各項(xiàng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究，得出了高水充填材料變形特征分為壓密階段、線彈性階段、屈服階段和應(yīng)變軟化階段;武善元等［4］研發(fā)了與高水充填材料相適應(yīng)的沿空留巷支護(hù)工藝，提出采用錨栓、鋼帶等方法可提高充填體的穩(wěn)定性;孫春東等［5］針對高水材料進(jìn)行了試驗(yàn)分析，利用水力泵送充填工藝，優(yōu)化了相關(guān)充填技術(shù)。本文針對凌志達(dá)煤礦工作面具體條件，分析高水充填材料特性，選取合適的相關(guān)充填工藝及設(shè)備。

1工程概況

凌志達(dá)煤礦生產(chǎn)能力為150萬t/a，所采煤層為15號煤層，煤層厚度為4～4．5m，平均4．28m，煤層傾角3～6°，屬結(jié)構(gòu)簡單－復(fù)雜的近水平中厚煤層。15210工作面位于二采區(qū)南部，其東部為15208工作面，西部為實(shí)體煤，南部為井田邊界，北部為東翼回風(fēng)大巷。蓋山厚度195～300m，煤層平均埋藏深度260．5m。隨著礦井生產(chǎn)效率的不斷提高，傳統(tǒng)的留設(shè)寬煤柱進(jìn)行護(hù)巷已不適應(yīng)具體工作面需求，急需進(jìn)行無煤柱沿空留巷技術(shù)研究。以往，礦井設(shè)計(jì)中工作面區(qū)段保護(hù)煤柱寬度為20m，不僅造成了大量的煤炭資源損失，降低了煤炭采出率。同時(shí)，下區(qū)段工作面回采期間采空側(cè)回采巷道維護(hù)量大，給礦井造成安全隱患。因此，決定在15210工作面回風(fēng)巷進(jìn)行高水材料巷旁充填技術(shù)試驗(yàn)。沿空留巷示意如圖1所示。

2高水材料力學(xué)特性分析

高水材料分甲料、乙料兩組分，甲料、乙料單獨(dú)與水不凝結(jié)，而甲料漿和乙料漿一起混合則快速硬化。本文采用武漢巖土力學(xué)所研制的巖石與混凝土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，根據(jù)配比配置高水充填材料，分別研究齡期與強(qiáng)度的關(guān)系、不同水灰比對抗壓強(qiáng)度的影響及高水材料的變形性能。

2．1高水材料齡期與強(qiáng)度特性分析

高水充填材料強(qiáng)度隨時(shí)間變化關(guān)系見圖2所示。高水材料甲、乙兩組分分別加水?dāng)嚢韬箝L時(shí)間不凝固，但當(dāng)兩種漿體混合后20min內(nèi)可初凝。在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)測試條件下(水灰比為1．5∶1)，初凝時(shí)間可控制在15min以內(nèi)，2h抗壓強(qiáng)度可達(dá)2．1MPa，24h抗壓強(qiáng)度可達(dá)到5．6MPa，7d抗壓強(qiáng)度可達(dá)10．36MPa，28d能達(dá)到10．82MPa。1d強(qiáng)度達(dá)到最終強(qiáng)度的50%以上，7d強(qiáng)度可達(dá)到最終強(qiáng)度的90%以上。

2．2高水材料強(qiáng)度與水灰比特性分析

高水材料強(qiáng)度與水灰比變化關(guān)系如圖3所示。由圖3可以看出，強(qiáng)度隨著水灰比的減小而增大，每單位內(nèi)使用的高水充填材料越多，用水量就越小，從而充填體的強(qiáng)度就越高。常見的水泥混凝土水灰比范圍為0．5∶1～0．75∶1，當(dāng)高水充填材料采用此水灰比時(shí)，充填體的強(qiáng)度可以達(dá)到20～50MPa，完全可以滿足井下沿空留巷充填體的強(qiáng)度要求。2．3高水材料的變形性能當(dāng)水灰比為1．5∶1時(shí)，利用MTS815型剛性伺服機(jī)測得高水材料7d齡期的變形曲線如圖4所示。由圖4可以看出，當(dāng)施加荷載達(dá)到峰值強(qiáng)度后，高水材料充填體并不會突然失去承載能力，而是逐漸緩慢下降，在該水灰比的條件下，充填體強(qiáng)度峰值為10．36MPa，當(dāng)應(yīng)變持續(xù)增加，充填體發(fā)生破壞時(shí)，殘余強(qiáng)度仍有峰值的59%左右。因此，高水材料充填體具有明顯的塑形特性，強(qiáng)度較高且下降緩慢，可以保證沿空留巷的安全穩(wěn)定。

3高水材料充填施工工藝

高水材料巷旁充填沿空留巷施工工藝為:1)充填區(qū)域頂板支護(hù)。工作面割煤—端尾4架液壓支架鋪設(shè)頂網(wǎng)—工作面支架移架—架后擋矸支架移架—充填區(qū)域頂板加固。2)施工鉆孔。在工作面液壓支架后方、擋桿支架的保護(hù)下，施工密集鉆孔或切頂鉆孔。3)構(gòu)筑充填體。根據(jù)推進(jìn)長度，每天構(gòu)筑1～2垛充填體:清理浮煤—充填體定位—立模(掛鋼筋網(wǎng)、單體液壓支柱、吊充填袋、穿對拉錨桿)—聯(lián)系注漿站配料注漿—清洗管路和注漿設(shè)備—移擋矸支架。4)輔助切頂。在工作面初次來壓前，按設(shè)計(jì)要求裝藥、連線，待推過擋矸支架后進(jìn)行放炮，定向預(yù)裂頂板;待工作面初次垮落后，采用密集鉆孔輔助切頂，若密集鉆孔不能輔助切眼，再采用水力定向切割等技術(shù)措施。5)清理現(xiàn)場，準(zhǔn)備下一循環(huán)。由于甲料、乙料一起混合會快速凝結(jié)硬化。因此分別攪拌和泵送。采用雙趟高壓管路輸送漿液、雙液充填工藝，在回采工作面后方留巷位置充填到充填袋內(nèi)混合、凝固。其工藝流程見圖5。

4工作面充填設(shè)備選擇

結(jié)合高水材料的基本性能和使用方法，首先運(yùn)用專門的生產(chǎn)系統(tǒng)將甲乙兩種材料分別制成漿液，然后通過雙液泵經(jīng)管路分別輸送至充填區(qū)域，在即將到達(dá)待充區(qū)域之前將兩種漿液混合，漿液混合凝固形成充填體。凌志達(dá)煤礦15210工作面初步預(yù)計(jì)每班的充填量為32m3，每班的純充填時(shí)間按照2h計(jì)算，每小時(shí)需要充填16m3。因此，選擇的充填泵實(shí)際輸送能力應(yīng)在266．7L/min以上。考慮該礦高水材料最大輸送距離約1800m，根據(jù)每百米0．4MPa的輸送阻力，確定選用型號為ZBYSB800/8－75型液壓雙液注漿泵，額定流量800L/min，額定壓力8MPa;攪拌桶采用JDW1500型，內(nèi)徑1．25m，體積1．5m3，兩對4個(gè)攪拌桶;單漿輸送管采用D51mm×20m的高壓膠管，長度根據(jù)泵站與待充填空巷的距離確定。凌志達(dá)礦輔助運(yùn)輸采用無軌膠輪車，泵站可根據(jù)該礦實(shí)際條件，布置于東翼輔運(yùn)大巷與東翼主運(yùn)大巷聯(lián)巷內(nèi)。泵站需要占用寬約3．5m、長約20m的一段巷道或硐室，布置2臺雙液等量充填泵(一備一用)，4個(gè)攪拌桶(甲料、乙料各配2個(gè))、5個(gè)電磁啟動器(泵1個(gè)，4個(gè)攪拌桶對應(yīng)4個(gè))，攪拌桶附近布置料場。

5工業(yè)試驗(yàn)

凌志達(dá)煤礦在15210工作面回風(fēng)巷采用上述方案進(jìn)行了沿空留巷試驗(yàn)。隨著工作面推進(jìn)后，對巷道圍巖變形量進(jìn)行了監(jiān)測，觀測周期為30d，在工作面回采18d后巷道頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在76mm，兩幫移近量穩(wěn)定在94m，巷道變形量得到了有效控制，保證了沿空巷道的安全穩(wěn)定。

6結(jié)語

通過分析高水材料的力學(xué)特性，得出高水材料具有強(qiáng)度大、變形性能好等特點(diǎn)，結(jié)合凌志達(dá)煤礦15210工作面具體條件，選取了合適的充填設(shè)備，并進(jìn)行了沿空留巷試驗(yàn)，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測表明，巷道變形量小，取得了良好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn):

［1］王玉峰．薄煤層石灰?guī)r頂板巷旁充填沿空留巷關(guān)鍵參數(shù)研究與應(yīng)用［J］．煤炭工程，2018，50(7):5－9．

［2］馬強(qiáng)．高水充填沿空留巷支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)［D］．邯鄲:河北工程大學(xué)，2015．

［3］熊祖強(qiáng)，熊志朋，孫亞鵬，等．沿空留巷高水材料巷旁充填系統(tǒng)改進(jìn)及應(yīng)用［J］．煤礦安全，2017，48(3):106－109．

［4］武善元，賈凱軍，徐慶國．薄煤層綜采新型高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)研究［J］．煤炭工程，2013，45(8):50－53．

［5］孫春東，馮光明．新型高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)［J］．煤礦開采，2010，15(1):58－61，70．

作者：范子偉 李哲 單位：山煤集團(tuán)