張林峰
(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)店上煤業(yè)有限公司,山西 高平 046700)
15103 工作面是店上煤業(yè)一采區(qū)回采工作面,地面標(biāo)高861m,井下標(biāo)高690~750m。該工作面西部為井田邊界,東部緊鄰一采區(qū)軌道下山,可采走向長度為805m,可采傾斜長度為130.5m。工作面位置示意圖如圖1所示,煤層頂?shù)装迩闆r見表1所示。
15103工作面運(yùn)輸巷充填體完全放在采空區(qū)內(nèi),如圖2 所示。
圖1 工作面平面示意圖
表1 煤層頂?shù)装迩闆r表
圖2 充填體位置圖
(1)充填采用高水膠結(jié)材料,充填體濃度64%,單位立方米用量:高水膠結(jié)材料1000kg,用水量560L。
(2)試塊的單向抗壓強(qiáng)度見表2。
表2 試塊單向抗壓強(qiáng)度(MPa)
(1)充填泵站
充填泵選用KFYY-25 型煤礦用注漿泵1 臺,攪拌桶(直徑1.2m,高度1.4m,體積1.5m3)2 個,供液管路選用Φ89mm 的無縫鋼管1 路,總計約800m。注漿泵主要技術(shù)參數(shù):最大流量25m3/h,輸入功率22kW。
泵站管理方法:
① 充填泵站用一趟Φ108mm(4 寸)的PVC管供水,供水能力不小于50m3/h,確保充填工作連續(xù)進(jìn)行。
② 泵站與充填點(diǎn)間使用電話聯(lián)系。
(2)充填管路
充填管路用Φ76×8mm 的無縫鋼管。
在每個充填體上下布置2 排共4 個錨栓(Φ18×3400mm 的螺紋鋼制成)。即:上排錨栓在巷道側(cè)距頂板300mm,下排錨栓距底板高度300mm,錨栓間距約900mm,上下錨栓用鋼帶(長× 寬 × 厚=1200mm×275mm×2.75mm) 連 接,鋼帶眼距900mm,活眼尺寸18×100mm。如圖3所示。
圖3 充填體錨栓與兩側(cè)鋼帶布置示意圖
在15103 工作面運(yùn)輸巷沿空留巷過程中,為了進(jìn)一步提高充填效率,充填開采過程中對工藝及設(shè)備使用進(jìn)行了優(yōu)化,主要進(jìn)行了以下幾個方面的改進(jìn):
(1)攪拌桶的改進(jìn)
試驗過程中發(fā)現(xiàn)攪拌桶的容積較小,充填所需時間較長,為此將原桶進(jìn)行了升級改造。在攪拌桶高度不變的情況下,將桶徑由原來的1m 改為1.5m,容積由原來的1m3增為2.5m3,攪拌桶個數(shù)由原來4個小桶增加至2 個大桶,有效增大一次攪拌量,縮短了充填時間。
(2)充填硐室改造
試驗過程中還發(fā)現(xiàn)原攪拌桶安裝在硐室底板水平面上,進(jìn)料口高,上料時需經(jīng)平臺二次轉(zhuǎn)料,上料較為困難,且產(chǎn)塵量大。為此,對攪拌桶安設(shè)位置進(jìn)行了改造。撤除了上料平臺,對安裝攪拌桶處的巷道進(jìn)行臥底,臥底深度1.0m,臥底后將攪拌桶安裝在池內(nèi),僅使上料口露在巷道底板以上0.5m,上料高度由原來的1.4m 降至0.5m,減輕了職工上料時的勞動強(qiáng)度。同時對上料口進(jìn)行了封閉,減小了產(chǎn)塵量。
(3)充填垛體內(nèi)增設(shè)注漿鋼管
借鑒建筑大樓柱式支撐原理,后期在每一充填垛體內(nèi)放置2 棵6 寸鋼管,鋼管內(nèi)充填漿料,下面找到硬底,上面接實(shí)頂板,用于增強(qiáng)垛體支護(hù)強(qiáng)度,充填垛體寬度由2.5m 縮減至1.5m,效果較好。
(4)施工工藝
按照設(shè)計方案,在采煤班完成采煤之后,充填班要按照設(shè)計規(guī)范,首先對上一次充填體的支護(hù)進(jìn)行撤出。按照順序依次拆除上一個充填體的支柱及模板。然后按照規(guī)范要求,對即將進(jìn)行充填的空間進(jìn)行支護(hù),支護(hù)要滿足強(qiáng)度要求,同時計算充填空間的大小,要保證頂?shù)装迤秸瑳]有尖銳的突起物,在安裝好的充填空間內(nèi)安裝充填袋。在充填現(xiàn)場工作完成之后,通知充填泵站進(jìn)行材料輸送。
在工業(yè)試驗過程中,充填體固化時間短,抗壓強(qiáng)度高,有效地支撐頂板。同時,在固化過程中,料漿伴有5%~10%的體積膨脹,使充填體膠凝固后能夠較好地接頂,接頂率達(dá)到98%以上,克服了傳統(tǒng)沿空留巷充填過程中因頂板條件限制、充填材料固化收縮造成的接頂效果差的問題。
根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),得出圖4 中的1 月7 日安裝的充填體應(yīng)力測點(diǎn)的平均數(shù)值。從15103 工作面沿空留巷礦壓觀測充填體應(yīng)力曲線圖可以看出,充填體受到應(yīng)力高峰值7.6MPa,該數(shù)值是在充填體鉆孔應(yīng)力計安裝13d 后出現(xiàn),此時距離工作面大約39m。之后,充填體壓力逐漸降低并保持穩(wěn)定。在充填體來壓至最高值7.6MPa,該充填材料的充填體強(qiáng)度在7d 時抗壓強(qiáng)度為7.26MPa,13d 時抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過7.6MPa,充填體有足夠的強(qiáng)度支撐頂板來壓。從現(xiàn)場情況可以看到,充填體基本沒有變化,能夠很好地支撐頂板。
圖4 沿空留巷礦壓觀測充填體應(yīng)力曲線圖
從圖4 可以看出,巷道內(nèi)的頂板壓力1#支柱為靠近充填體一側(cè)的,支柱壓力在上升至35MPa 后,基本上保持穩(wěn)定;2#支柱顯示應(yīng)力即煤體一側(cè)的應(yīng)力數(shù)值一直緩慢上升。從整體上看,充填體距離15103 工作面39m 時承受來壓最大值為7.6MPa,充填體整體保持完整,只有個別充填體在巷道沿空留巷過程中表面出現(xiàn)10~30cm 的凸起,經(jīng)觀察沒有影響到充填強(qiáng)度對頂板的支撐。
整個充填流程一般用工20 人左右,其中拌料8人,泵站司機(jī)2 人,舊模板拆除、新模板支設(shè)8 人,跟班協(xié)調(diào)1 人。充填班安排工作時間為7h。充填24h 后即可拆除模板,強(qiáng)度可達(dá)到1.3~1.7MPa,2d可達(dá)到2.3~2.7MPa,3d 可達(dá)到3.8MPa,4d 可達(dá)到5MPa,8d 可達(dá)到8MPa,10d 可達(dá)到10MPa 以上,28d 可達(dá)到20MPa 以上。復(fù)用此巷時,稍作臥低修復(fù)即可,能節(jié)省大量工時和材料投入。
(1)沿空留巷充填費(fèi)用
① 充填系統(tǒng)費(fèi)用:煤礦用液壓注漿泵2 臺、煤礦用攪拌機(jī)2 臺、Φ76×8 輸送管道700m、快速接頭、高壓閘閥6 個、充填軟管4 根、72 塊充填模板。以上設(shè)備總價90 萬元。按照設(shè)備使用年限5 年,每年按照充填長度3000m 計算,核算充填增加成本60 元/m。
② 每推進(jìn)1m 充填材料成本費(fèi):每米巷道充填材料投入為2400 元。
③ 充填袋費(fèi)用:投入100 元/m。
④ 人工費(fèi):投入600 元/m。
⑤ 其他費(fèi)用:包括設(shè)備維修費(fèi)、電費(fèi)、水費(fèi)等,投入100 元/m。
(2)沿空留巷經(jīng)濟(jì)效益
① 按平均煤層厚度1.37m,煤柱寬度按最小5m 計算,容重1.3t/m3,每米回收煤炭8.9t/m,根據(jù)噸煤利潤100 元計算,創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益8.9×100 元/t(市場原煤單價)=890 元/m。
② 減少一條巷道的掘進(jìn)費(fèi)用,掘進(jìn)費(fèi)按5120元/m 計算。
上述取得經(jīng)濟(jì)效益總計:5120+890-3260=2900元/m。
留巷300m 的綜合經(jīng)濟(jì)效益為:2900 元/m×300m=87 萬元。
在15103 工作面運(yùn)輸巷進(jìn)行沿空留巷充填試驗,布置充填輸送管路,優(yōu)化充填工藝,支護(hù)工藝簡單,減少了施工工序,降低了留巷成本,經(jīng)濟(jì)效果明顯。