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        無煤柱注漿留巷技術(shù)探究

        2018-12-01 03:25:50
        江西煤炭科技 2018年4期
        關(guān)鍵詞:錨桿工藝作業(yè)

        孟 哲

        (山西煤炭進出口集團 左云韓家洼煤業(yè)有限公司,山西 大同 037100)

        1 概述

        在進行深部開采的過程中,巷道因為埋深相對大,而且受到采用不均勻問題以及地應(yīng)力問題的作用,使得巷道經(jīng)常出現(xiàn)較為嚴重的破壞,給巷道的運行維護工作帶來極大不便,這樣會在一定程度上影響到煤礦開采作業(yè)的連續(xù)性,甚至可能引發(fā)停產(chǎn)問題。另外,在進行深部開采過程中,由于巷道所受地應(yīng)力較大,所以通常會留置有較多的煤柱,這導(dǎo)致了煤炭開采過程中資源的回收率顯著降低,出現(xiàn)了相對嚴重的資源浪費問題。所以,就目前資源回收效率較低這一問題,在深部煤炭資源的開采過程中,要求應(yīng)當進一步的對巷道布設(shè)形式以及巷道掘進工藝加以優(yōu)化,從而確保煤礦開采的安全性以及高效性。

        2 工程技術(shù)條件

        韓家洼煤業(yè)62210工作面屬于綜采工作面,目前所開采煤層為B10煤層,該煤層屬于首采煤層,同時也屬于非常重要的保護層。62210工作面的走向長度為1280m,斜向長度值為190 m,煤層的平均厚度值為1.1 m,直接頂結(jié)構(gòu)屬于砂質(zhì)泥巖結(jié)構(gòu),厚度值在3~9 m,直接底結(jié)構(gòu)屬于細砂巖結(jié)構(gòu),厚度值在0~5 m,基本底結(jié)構(gòu)屬于泥巖結(jié)構(gòu),厚度值為1~4m。在62210工作面開采工作之中,所采用的開采作業(yè)方式為兩個班組回采、一個班組檢修,通常在早班期間開展設(shè)備檢修工作,在中班以及晚班期間開展煤炭回采工作,62210工作面的開采高度值為1.1m,開采面每天推進度為4 m。在開展原巷充填作業(yè)過程中,為了能夠盡可能少的影響到回采工作,在早班時開展充填作業(yè),充填泵站設(shè)置在62210工作面的底板巷之中。

        3 原巷充填支護參數(shù)

        3.1 原巷充填巷道支護參數(shù)

        62210工作面的順槽結(jié)構(gòu)屬于半圓拱形結(jié)構(gòu),巷道斷面的凈寬度值為4.8 m,斷面的凈高度值為3.4 m。在對頂板結(jié)構(gòu)進行支護的過程中,使用聯(lián)合支護的工藝,錨桿采用的是高強預(yù)拉力錨桿材料,鋼筋網(wǎng)中鋼筋直徑為Φ6 mm,鋼帶型號為Ⅱ2型,連接方式為壓接。進行巷道頂板支護過程中,所采用的錨桿數(shù)量為7根,規(guī)格為Φ24mm×2200 mm。錨桿布設(shè)的間排距為800mm×1000 mm,預(yù)緊力值要求超過180N·m,錨固力值要求超過100 kN。使用的鋼筋網(wǎng)規(guī)格大小為1800mm×1200 mm,兩個鋼筋網(wǎng)相互壓接的長度值要求應(yīng)當超過100 mm,而且鋼筋網(wǎng)需要完全的壓在鋼帶之下。

        進行兩幫結(jié)構(gòu)支護作業(yè)時,同樣采用聯(lián)合支護工藝,錨桿采用的是高強預(yù)拉力錨桿材料,鋼筋網(wǎng)中鋼筋直徑為Φ6 mm,鋼帶型號為Ⅱ2型,連接方式為壓接。所采用的錨桿數(shù)量為2根,規(guī)格為Φ24 mm×2200mm。錨桿布設(shè)的間排距為800 mm×1000 mm,預(yù)緊力值要求超過180N·m,錨固力值要求超過80kN。使用的鋼筋網(wǎng)規(guī)格大小為1800 mm×1200 mm,兩個鋼筋網(wǎng)相互壓接的長度值要求應(yīng)當超過100 mm,而且鋼筋網(wǎng)需要完全的壓在鋼帶之下。若是兩幫位置裸露區(qū)域大于400 mm情況下,則直接的采用單體錨桿進行支護處理。

        頂板結(jié)構(gòu)的錨索支護使用3-0-3支護方式,在巷道中部設(shè)置一根錨索,在巷道的兩側(cè)沿著巷中位置個1~1.2 m位置處設(shè)置一根錨索,錨索的排距為2000 mm,錨索托盤的規(guī)格為400mm×400mm×15 mm。鋼絞線的直徑大小為Φ22 mm,長度值為6300 mm,每個孔洞均使用三個型號為Z2355的樹脂藥卷進行加長錨固處理,這樣可以更好的保證錨固效果,預(yù)緊力值要求超過120N·m,錨固力值要求超過200 kN。若是巷道頂板結(jié)構(gòu)的完整性相對差,則應(yīng)當確保錨索能夠緊跟著迎頭。巷道實際支護見圖1。

        圖1 充填巷道巷內(nèi)支護

        3.2 原巷充填充填材料選擇

        充填工藝的形式也包含有很多種,最為常見的為巷道旁填充方式以及采空區(qū)填充方式,以往在充填過程中所采用的材料主要包含有木垛、煤矸石以及粉煤灰等材料。采用上述材料進行回填作業(yè),所構(gòu)建的充填垛體很難達到巷道變形的要求,而且大部分都無法滿足設(shè)計標準?,F(xiàn)階段,進行巷旁填充作業(yè)過程中,所采用的材料多是一些膏體材料或者是高水材料。采用這些材料能夠確保充填過程中采取機械化施工的方式,可以和工作面掘進工作更為緊密配合,而且所構(gòu)建的垛體也擁有相對高的支護阻力,擁有更為優(yōu)良的密閉效果,所以,上式充填材料在巷道充填支護過程中使用非常廣泛。

        采用的高水填充材料其中包含有甲料以及乙料,在進行漿體的制備過程中,將甲料以及乙料分別的加水攪拌并完成運輸工作,在甲、乙兩種材料單獨的進行攪拌情況下其在24 h之內(nèi)都不會出現(xiàn)凝固問題,若是將甲料和乙料以4∶1的比例混合之后則可以在非常短的時間之內(nèi)發(fā)生凝固。如此便能夠有效的緩解井下作業(yè)面運輸系統(tǒng)負擔,同時也能夠確保泵站在選擇具體位置過程中可選擇性更多,更為的適宜應(yīng)用在規(guī)模相對大的巷道充填施工過程中。

        采用不同的材料,其充填工藝也有所差異,采用膏體充填過程中相關(guān)工藝相對來說比較復(fù)雜,所需的運輸工作量相對大,而且需要將泵站以及充填使用的材料均放置到作業(yè)面周圍較近的距離。高水材料其屬于一種特種水泥混合材料,此種材料的水灰比相對大,而且能夠在很短時間之內(nèi)實現(xiàn)凝結(jié)。高水材料可以在非常短時間之中便能夠達到較高強度,從而可以有效的提供支護阻力,可以有效的避免頂板下沉問題出現(xiàn),從而確保巷道具有更為優(yōu)良的穩(wěn)定性。另外,高水材料具體施工作業(yè)過程中,其機械化程度相對高,而且施工的工藝也相對簡單,同時對于采空區(qū)域也擁有非常優(yōu)良的隔離作用。

        在充填帶的寬度值在1~3 m范圍內(nèi),在充填帶寬度不斷增加過程中,相應(yīng)的圍巖結(jié)構(gòu)受到的應(yīng)力集中作用也隨之減弱,巷道的圍巖結(jié)構(gòu)的位移量相應(yīng)有所降低,而且圍巖結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞程度隨之減弱。當寬度值超過了3 m之后,則對著寬度的改變,其對于巷道圍巖結(jié)構(gòu)受力情況、位移控制以及破壞控制等效果變化不是很大,因此,此次充填所選擇的充填寬度值為3 m。充填高度為巷道的高度,在3 m左右。

        4 充填系統(tǒng)布置及工藝

        4.1 充填系統(tǒng)布置方式

        在設(shè)置充填系統(tǒng)過程中,最為關(guān)鍵的工作時包含有設(shè)置充填泵站具體位置、設(shè)計輸送管道的具體路線以及準備充填材料等等。在設(shè)計充填系統(tǒng)的過程中,需要結(jié)合工作面具體情況確保所設(shè)計的充填系統(tǒng)更為科學與合理,充填系統(tǒng)見圖2。

        圖2 原巷充填系統(tǒng)

        4.2 原巷充填工藝

        所設(shè)計的充填工藝具體作業(yè)工序如下:將地板位置的浮煤徹底清除干凈→將充填袋進行吊掛→完成充氣作業(yè)→采用注漿泵設(shè)備進行漿液的輸送→將充填漿液輸送到充填點位置并充填至實現(xiàn)設(shè)置好的凝固袋之中。具體的充填工序見圖3。

        圖3 原巷充填工藝流程

        在進行充填施工作業(yè)前,應(yīng)當確保底板徹底清理干凈,把浮煤以及浮矸等均清理掉,要能夠接觸到硬底。另外,巷道頂板結(jié)構(gòu)相對堅硬,則需要通過預(yù)裂作業(yè)完成切頂再工作。在充填完成之前,應(yīng)當確保垛體能夠和頂板良好接觸。實際工藝如下所述:

        (1)第一,針對工作面順槽位置事先打設(shè)支護單體結(jié)構(gòu),以做好護頂工作,同時還需要支設(shè)充填作業(yè)所用模板。

        (2)將巷道之中底板位置的浮煤以及浮矸等雜物全部的清除干凈,并在模板之中吊掛好充填袋,然后使用風管將充填袋充滿氣體。

        (3)進行充填袋掛設(shè)過程中,應(yīng)當及時的和泵站進行溝通,并通知泵站進行物料攪拌作業(yè),而且還需要把漿體輸送管道插入至充填袋之中,然后將充填袋進行扎緊處理。

        (4)由于之前會對輸送管道進行沖洗,而管道之中可能會有清水存在,為了避免管道之中遺留的清水流至充填袋之中,在漿體輸送之中應(yīng)當把輸送管道三岔接口打開,事先將輸送管道之中的清水排除干凈。

        (5)在開展充填作業(yè)過程中,快要接近頂板位置時,要和泵站進行實時的溝通,防止充填材料過多而溢出,達到節(jié)約材料的目的。在充填作業(yè)完成2 h之后,便能夠?qū)⒅ёo的模板材料拆除。

        在充填過程中,所選用的注漿泵型號為2zBYSB30300-90/5型,具體的工藝參數(shù)如表1所示。

        表1 注漿泵具體工藝參數(shù)

        5 原巷充填無煤柱掘巷經(jīng)濟合理性分析

        此次結(jié)合韓家洼煤業(yè)62210工作面實際充填施工實例,針對沿空留巷工藝以及原巷充填工藝加以分析,從經(jīng)濟方面以及技術(shù)方面進行了對比,具體結(jié)果如表2所示。

        表2 經(jīng)濟成本對比

        6 結(jié)語

        采用原巷充填技術(shù)進行巷道支護施工,可以防止留置煤柱時所出現(xiàn)的應(yīng)力集中問題,能夠顯著的增加煤炭回采效率,確保巷道維護以及維修工作變得更為簡單,顯著的降低了人工作業(yè)量,確保煤礦開采過程中的連續(xù)性以及高效性。原巷填充工藝在煤礦開采過程中不同采場接替時所發(fā)揮的作用更為重要,對于采場順利接替意義重大。

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