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        高水充填技術(shù)在工作面過空巷中的應(yīng)用

        2021-02-06 08:19:52李鈺哲
        2021年1期
        關(guān)鍵詞:支架區(qū)域

        李鈺哲

        (山西長治王莊煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 長治 046000)

        工作面正常回采過程中,會遇到一些由于小煤窯無序開采或曾經(jīng)有各種用途的廢棄巷道,這些廢棄巷道與工作面存在著不同的位置關(guān)系,尤其在這些巷道位于工作面回采范圍內(nèi)時,工作面推過空巷過程中如果不進(jìn)行特殊處理,往往會發(fā)生冒頂、壓架等事故[1-3]。傳統(tǒng)的過空巷方法多為人工在空巷內(nèi)架設(shè)木垛,搭設(shè)單體等方法,然而這些方法支護(hù)強(qiáng)度往往不能得到有效保證,在工作面推過空巷時經(jīng)常出現(xiàn)木垛被壓垮、單體壓死等現(xiàn)象,給現(xiàn)場工程技術(shù)人員帶來了一定的困難[4-5]。

        近年來,充填技術(shù)應(yīng)用于工作面過空巷取得了較好的效果[6]。充填體擁有足夠的強(qiáng)度,能保證工作面安全高效地通過空巷。本文以王莊煤業(yè)3505工作面過空巷為背景,提出了高水充填過空巷技術(shù),實(shí)現(xiàn)了礦井安全生產(chǎn)。

        1 工作面概況

        王莊煤業(yè)3505工作面所采煤層為3號煤層,隸屬35采區(qū),工作面形狀為“刀把子”,工作面1號切眼段367.5 m,2號切眼段360.5 m,推進(jìn)長度2 016.04 m。煤層平均厚度4.85 m,含1層夾矸,厚度約為0.2 m,煤層層位、厚度穩(wěn)定,傾角1~11°,工作面直接頂為泥巖,平均厚度2.75 m,基本頂為細(xì)粒砂巖,平均厚度6.00 m,直接底為砂質(zhì)泥巖,平均厚度3.60 m。工作面布置216臺ZY10000/26/55D液壓支架。

        3505工作面中部回風(fēng)巷側(cè)局部存在一放水巷,長度約220 m,現(xiàn)已廢棄密閉。因該放水巷位于3505回采工作面中,影響工作面正常推進(jìn),如圖1所示。為保證3505回采工作面正?;夭?,減少空巷對回采工作面的影響,提出對該廢棄巷道進(jìn)行注漿充填的技術(shù)方案。

        圖1 3505工作面空巷示意

        2 充填材料試驗(yàn)研究

        新型高水充填材料是水灰比約6.5∶1~11∶1的水硬性材料,該材料主要是鈣礬石,屬于早強(qiáng)、快硬型膠結(jié)材料。主要由A、B兩種組份組成,A、B混合后,水體積分?jǐn)?shù)為91%~97%時,7 d的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到最終強(qiáng)度的60%~90%,15 d抗壓強(qiáng)度可達(dá)0.66~3.82 MPa,如圖2所示。材料單漿液(A或B漿液)可持續(xù)30~40 h不凝固且流動性良好,其黏度在24 h內(nèi)變化不大,非常適合在管路中進(jìn)行長距離輸送,最大輸送距離可達(dá)3 300 m。因含水性高,混合漿體稠度低,具有極強(qiáng)的流動性和可注性。

        圖2 不同含水量下高水材料固結(jié)體抗壓強(qiáng)度隨時間變化曲線

        3 空巷充填方案設(shè)計(jì)

        3.1 充填材料配比

        充填材料配比選擇原則要在保證安全的情況下考慮經(jīng)濟(jì)效益。因此3505工作面空巷充填材料選用A、B比例為1∶1,初凝時間控制在3~6 min,平均單軸抗壓強(qiáng)度不低于1.5 MPa,材料的水灰比為6∶1。該配比條件下的液體粘稠度非常低,可以像水一樣流動和滲透,只要無墻體阻擋即可流動到小窯空巷內(nèi)所有低洼處和孔隙內(nèi),實(shí)現(xiàn)空巷全斷面有效支撐。

        3.2 充填工藝選擇

        高水材料空巷充填工藝主要由充填泵站(制漿站)與充填點(diǎn)兩部分組成,充填泵站處先分別將A、B兩種材料按照確定的水灰比進(jìn)行混合、攪拌,確保兩種漿液攪拌均勻,通過充填泵站兩條高壓管路將A、B漿液輸送到指定位置,在出漿口將兩種漿液混合,注入充填點(diǎn);充填點(diǎn)進(jìn)行充填作業(yè)前做準(zhǔn)備工作,提前構(gòu)筑止?jié){墻,等待漿體注入,具體流程如圖3所示。

        圖3 充填作業(yè)工藝流程

        3.3 充填方案設(shè)計(jì)

        現(xiàn)場采用近距離制漿、短距離管道輸送、大流量小壓力注漿施工。提前在3505回風(fēng)巷煤壁打孔,打孔位置距頂板1 m、垂直煤壁90°、排距10 m。終孔注漿壓力為4~10 MPa,漿液橫向擴(kuò)散半徑5~10 m,漿液最終擴(kuò)散高度4.5~5 m,單向流動距離控制在12~15 m。注漿完之后打探測孔檢驗(yàn),對有空隙的地方進(jìn)行二次注漿,直至注漿區(qū)域凝結(jié)為一個整體。

        根據(jù)現(xiàn)場測量,由于3505工作面空巷尺寸不統(tǒng)一,因此充填方案采用分段阻隔充填法進(jìn)行充填。按照巷道尺寸不同將空巷劃分為6個區(qū)域,如圖4所示。每個區(qū)域分割出構(gòu)筑止?jié){墻,止?jié){墻厚1.5 m,止?jié){墻構(gòu)筑完成24 h后方可進(jìn)行充填作業(yè),各區(qū)域注漿充填量如表1所示。

        圖4 分段阻隔充填法示意

        表1 不同區(qū)域注漿充填量

        4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

        為了確定高水充填效果,在3505工作面過空巷期間對支架壓力進(jìn)行了分析。圖5為工作面距空巷不同距離時,空巷范圍內(nèi)支架壓力變化情況。由圖可知,工作面距離空巷23 m時,支架工作阻力開始逐漸增加,當(dāng)工作面推進(jìn)至空巷區(qū)域內(nèi)時,支架工作阻力達(dá)到最大,壓力為11 532 kN,工作面通過空巷后,支架工作阻力逐漸減小,通過空巷20 m后支架工作阻力降低到6 267 kN,之后壓力正常波動。由此可見空巷前后20 m范圍內(nèi)為應(yīng)力影響區(qū)域。

        圖5 3505工作面過空巷期間支架工作阻力變化

        3505工作面過空巷期間,工作面并未發(fā)生大面積片幫現(xiàn)象,片幫主要集中在113~124架,片幫深度200~400 mm,其余區(qū)域未見明顯片幫;頂板未見明顯下沉,根據(jù)支架立柱行程檢測數(shù)據(jù),僅個別支架立柱在過空巷期間出現(xiàn)了100~200 mm的下沉;工作面?zhèn)€別安全閥開啟,未對工作面正常生產(chǎn)造成影響,安全順利通過空巷。結(jié)果表明,3505工作面采用高水充填過空巷技術(shù)效果較好,可為其他工作面過空巷提供借鑒。

        5 結(jié) 語

        結(jié)合王莊煤業(yè)3505工作面實(shí)際條件,確定了該工作面過空巷期間采用高水充填技術(shù),并通過實(shí)驗(yàn)研究及理論分析確定了充填材料配比、充填工藝流程及充填方案?,F(xiàn)場監(jiān)測表明,高水充填技術(shù)在工作面過空巷實(shí)踐中效果較好,可以有效保障礦井安全生產(chǎn)。

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