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        新型密閉墻構(gòu)筑技術(shù)試驗研究

        2020-12-16 07:43:28牛澤斌
        山東煤炭科技 2020年11期
        關(guān)鍵詞:模袋構(gòu)筑漏風(fēng)

        牛澤斌

        (晉城煤業(yè)集團趙莊煤業(yè),山西 晉城 048000)

        密閉墻為礦井通風(fēng)系統(tǒng)中重要構(gòu)筑物之一,起到隔絕風(fēng)流的作用。密閉墻形式繁多,包括磚石結(jié)構(gòu)、有機材料噴涂、充氣式、傘式、有機發(fā)泡材料填充、粉煤灰加膠凝材料等,其中以木板、磚石結(jié)構(gòu)和混凝土密閉墻應(yīng)用最為廣泛,但同樣存在許多問題,如材料運輸量大、依賴人工、工時長、接頂差、強度低、易碎漏風(fēng)等問題[1-3]。本文以趙莊煤業(yè)1310工作面橫川永久密閉為工程背景,試驗新型密閉墻構(gòu)筑技術(shù),以期能夠解決傳統(tǒng)密閉墻存在的問題。

        1 工程背景

        趙莊煤業(yè)1310 工作面開采3#煤層,平均厚度4.5 m,工作面走向長2800 m,傾向長220 m,采用一次采全高綜合機械化采煤法。工作面布置三條順槽,13101 巷、13102 巷、13103 巷,采用“兩進一回”通風(fēng)方式,13103 巷、13101 巷進風(fēng),13102 巷回風(fēng)。其中13103 巷為上一工作面遺留下來的復(fù)用巷道。13101 巷和13102 巷之間保護煤柱寬度55 m,兩巷之間每隔150 m 布置一條橫川,如圖1 所示。

        圖1 工作面巷道及橫川位置示意圖

        橫川設(shè)計寬度5 m,高度4.5 m,采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方式。頂板為全錨索,排距1.2 m,每排3 根,間距1.1 m,錨索長度7.4 m;兩幫為“錨桿+錨索”支護方式,錨桿每排5 根,排距1.2 m,間距1 m,長度2.4 m;錨索排距2.4 m,間距2 m,長度5.4 m。巷道支護斷面如圖2 所示。

        2 傳統(tǒng)密閉墻構(gòu)筑方式及存在問題

        由于尾巷通風(fēng)方式已經(jīng)被明令禁止,因此需要選擇合適時機進行13102 工作面的通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整。在污風(fēng)流通過工作面前方第一個橫川進入13102 回風(fēng)巷,永久密閉時間節(jié)點為工作面即將通過該橫川時,留出一定時間構(gòu)筑永久密閉。

        圖2 橫川支護斷面圖

        2.1 構(gòu)筑方式

        以往趙莊煤業(yè)普遍采用磚石結(jié)構(gòu)永久密閉墻,總厚度3 m,在兩側(cè)各構(gòu)筑0.8 m 磚墻作為前、后擋墻,中部1.4 m 采用粉煤灰和水泥基材料人工填充,水灰比0.3~0.4:1,灌注結(jié)束后養(yǎng)護7 d,達到10 MPa 左右整體強度。如圖3 所示。

        按照橫川寬度5 m,厚度3 m,高度4.5 m,每堵密閉墻充填體積約67.5 m3,5 個人需要9 個班完成作業(yè)。每堵墻材料費、人工費成本約18 萬元。

        圖3 傳統(tǒng)密閉墻構(gòu)筑示意圖

        2.2 傳統(tǒng)密閉墻施工存在的問題

        (1)材料運輸量大,不具備運輸條件區(qū)域進料困難;

        (2)幾乎全部依靠人工,工時長,勞動強度大;(3)充填物有泌水、倒縮現(xiàn)象;

        (4)頂部依靠人工徒手塞入,接頂困難,頂部容易漏風(fēng);

        (5)墻體強度低,抗壓性能差,整體抗壓強度不足10 MPa;

        (6)剛性墻體不可壓縮,受壓后發(fā)生開裂、漏風(fēng);

        (7)強度增長緩慢,粉煤灰、水泥需要7 d 以上才能達到設(shè)計強度,影響使用,并且造成施工緊張;

        (8)兩側(cè)破碎巷幫存在漏風(fēng),材料對兩側(cè)破碎漏風(fēng)帶充填效果較差。

        3 新型密閉墻構(gòu)筑技術(shù)

        3.1 構(gòu)筑方式

        新型密閉墻采用“兩側(cè)破碎漏風(fēng)帶淺孔注漿+中部柔模袋澆筑墻體”方式,如圖4 所示。

        圖4 新型密閉墻構(gòu)筑示意圖

        3.1.1 淺孔注漿

        兩側(cè)破碎漏風(fēng)帶淺孔注漿,孔深5~10 m,視破碎深度確定,鉆孔間排距2 m×2 m。通過注漿將裂隙、孔洞等漏風(fēng)通道封閉,并加固圍巖,提高抗變形能力,加強對頂板承載作用。

        3.1.2 柔模袋澆筑墻體

        在密閉位置兩側(cè)支設(shè)木點柱、木板、鋼筋網(wǎng),作為兩側(cè)簡易模板。將柔模袋吊掛在頂板上,兩邊固定在巷幫。柔模袋采用抗靜電、阻燃風(fēng)筒布制作成長方體,尺寸長×寬×高=5.2 m×3.2 m×3.7 m,每個邊長都留20 cm 富余量。柔模袋上部加工有2個充填袖口,1個用于灌注,1個用于排氣。柔模袋前、后兩面預(yù)留有對穿錨桿袖口,共3 排,每排4 根。提前預(yù)埋對穿錨桿、上托盤,扎緊袖口。充填結(jié)束1 d 后,墻體已經(jīng)完全硬化,實施張拉預(yù)緊。現(xiàn)場實景如圖5 所示。

        圖5 “柔模袋+對穿鋼筋”現(xiàn)場實景

        3.2 新型密閉墻材料性能

        新型密閉墻材料為兩種無機粉料,分A、B 型,同時可用于兩側(cè)破碎漏風(fēng)帶注漿和柔膜袋灌注。

        兩側(cè)破碎漏風(fēng)帶注漿采用水灰比為0.8:1,1~3 min 失去流動性,8~15 min 完全固化,2 h強度可達10 MPa 以上。

        柔模袋灌注采用1:1~1.5:1 水灰比,根據(jù)強度要求選擇,水灰比越小強度越大,單立方材料消耗越多。加入1.5%的聚丙烯纖維,提高墻體韌性。最后接頂階段加入1%發(fā)泡劑,使充填體主動膨脹接頂。以1:1 水灰比為例,約10 min 失去流動性,20~30 min 完全固化,2 h 強度為6 MPa,1 d 強度10 MPa,7 d 強度12 MPa。

        新型密閉墻材料成本約2000 元/t。

        3.3 充填系統(tǒng)

        用兩臺螺桿泵和管路。螺桿泵集攪拌、輸送功能于一體,長×寬×高=1.6 m×0.75 m×0.92 m,質(zhì)量40 kg。兩臺螺桿泵分別泵送A、B 兩種漿液,在充填點進行混合。

        螺桿泵充填系統(tǒng)如圖6 所示。

        3.4 技術(shù)優(yōu)勢

        (1)采用攪拌泵送灌注方式,減小了勞動強度。

        (2)施工速度快,2 個班即可完成。一個班完成兩側(cè)注漿、吊掛柔模袋工作,下一個班完成灌注充填。

        (3)材料消耗少。單立方用料0.55~0.72 t。

        (4)強度增長快。隨灌隨硬,2 h 即具備較高強度,1 d 達到最終強度的70%以上。

        (5)主動膨脹接頂。頂部最后階段充填加入了發(fā)泡劑,有5%~20%的膨脹率,能夠壓實貼合頂板,避免漏風(fēng)。

        (6)墻體強度及殘余強度高。墻體可以達到8~18 MPa 強度,墻體中含有纖維,并施加有對穿鋼筋,即使頂板壓力較大壓壞,能夠“碎而不裂”,不剝落,不漏風(fēng),殘余強度能夠達到最高強度的70%以上,持續(xù)承載。

        (7)有一定的可壓縮性。頂部膨脹部分,壓縮量可達20%~30%,頂板來壓時,起到緩沖作用,適應(yīng)頂板下沉,避免過早壓碎。

        綜合測算,構(gòu)筑一堵新型密閉墻,材料費、人工費成本約14 萬元。

        圖6 螺桿泵充填系統(tǒng)示意圖

        4 效果考察

        4.1 墻體變形

        從構(gòu)筑完畢開始,在密閉墻附近布置十字表面位移測點開始觀測,一直觀測到工作面后方500 m頂板垮落穩(wěn)定為止。頂板累計下沉量100 mm,兩幫移近量210 mm,底鼓量300 mm。墻體邊緣受擠壓呈“蘑菇”狀,在頂板劇烈變形階段很好地起到了讓壓作用,墻體結(jié)構(gòu)較為完整,未發(fā)生嚴重變形、碎裂情況。

        4.2 墻體內(nèi)外壓差

        密閉墻構(gòu)筑結(jié)束后,安裝上、中、下3 組內(nèi)外壓差計,與墻體變形同時觀測。發(fā)現(xiàn)內(nèi)外壓差始終保持在15 Pa 左右,沒有出現(xiàn)突然變化情況,表明密閉效果良好。

        5 結(jié) 論

        (1)趙莊煤業(yè)傳統(tǒng)密閉墻采用磚石結(jié)構(gòu),存在效率低、人工勞動強度大、強度增長緩慢、容易開裂漏風(fēng)等問題。

        (2)新型密閉墻采用“兩側(cè)破碎漏風(fēng)帶淺孔注漿+中部柔模袋澆筑墻體”方式,采用新型密閉墻材料,大幅提高了施工效率。墻體具備強度增長快、主動膨脹接頂、讓壓可縮、殘余強度高等技術(shù)優(yōu)勢,克服了傳統(tǒng)密閉墻的缺點。

        (3)效果考察表明,墻體能夠適應(yīng)頂板變形規(guī)律,在頂板劇烈下沉期間可縮讓壓,避免墻體壓裂,在頂板穩(wěn)定后有較高的殘余強度持續(xù)承載,限制圍巖進一步變形,緊貼巷幫,防止漏風(fēng)。

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