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柔模泵注混凝土沿空留巷技术分析

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摘要:某矿在以往的生产过程中存在万吨掘进率高、采储量损失严重等问题。为了改善生产实践中的诸多不足,通过采用柔模混凝土沿空留巷技术,实现了无煤柱开采,提升资源回收率,增加矿井服务年限;减少巷道掘进率,实现安全生产,提高矿井技术经济指标,在同行业竞争中取得优势。

关键词:柔模混凝土;沿空留巷;安全生产

所谓的“沿空留巷”技术,指的是煤矿为了回收在2个工作面中间留设的保护煤柱,保留原工作面的回采巷道,重新支护,通过加强支护或采用其他有效的技术手段,留给邻近工作面回采时作为一条顺槽再次使用。柔模混凝土支护技术:第一步用特殊纤维制作一次性柔性模袋,安装到需要留巷砌墙的位置;第二步通过混凝土泵将配比好的混凝土搅拌物灌输到已经安装好的柔模袋中。这种方法的关键就是利用了纤维柔模袋的特殊性,能把混凝土浆液中的一定量水渗透出来,而把浆液留在袋内。这样,既保持了浆液运输的方便性,又保证了支护强度。沿空留巷中使用柔模混凝土支护技术克服了钢模板混凝土施工中的主要缺陷,工艺简单,安全性高,成型速度快、支撑效果好。

1工作面基本情况

某矿是2009年根据山西省煤炭资源整合要求重组的整合矿井。2005年,30万t/a的15号煤接替井建成投产。2009年在煤炭资源整合中,核准扩建60万t/a矿井和120万t/a选煤厂。2009年11月24日,获得长期采矿许可证,批准开采3号和15号2个煤层。2014年1月1日正式建成投产,核定生产规模60万t/a,井田面积7.3km2(其中3号煤层有3km2)。目前该矿正在开采15号煤层。15204工作面运输巷位于矿区西南部,沿15号煤顶板及底夹矸掘进,巷道水平标高985m,净宽5m,巷道平均高度4.2m,净断面21m2,坡度0°~5°,以全站仪所标定的中线为中心线,开口位于南翼运输大巷680m处。

2柔模泵注混凝土技术简介

柔模泵注混凝土沿空留巷技术是西安科大教授王晓利带领团队多年攻关、研发而成,核心技术一是沿空留巷技术,二是巷道支护技术。

2.1支护结构及工艺

柔模泵注混凝土沿空留巷支护:第一步:用两层高强度特殊纤维织物制作一次性柔性模袋,将柔性模板预先安装吊挂到巷道里面需要留巷砌墙的位置,上部单体顶上顶板,锚栓连接靠巷道内侧的钢筋。同时,选定地点的专门生产线按设计规范和配合比,生产出自密实混凝土干料,用袋装或者散装的形式运至井下混凝土泵站。第二步采用皮带上料机将混凝土干料送至混凝土输送泵搅拌槽进行二次搅拌,在搅拌的过程中加水,经过混凝土拌合物加水搅拌均匀,通过混凝土输送泵将配比好的高性能混凝土搅拌物灌输到已经安装好的柔模袋中。第三步泵进的混合物在模板内流动,平实,自动排出多余的水分,最终充分紧密顶板,达到支护作用,由此完成沿空留巷的过程。

2.2支护思想

(1)柔模泵注混凝土巷旁支护具有先柔后刚的特点,一方面,很快就可以具备较大的支撑力量,而且还可以顺着顶板向下运动适当紧缩;另一方面,后期具备足够的刚性,足以作为沿空留巷中的巷旁支护。采用柔模混凝土巷旁支护,好处是巷道形状变化幅度小,巷道支架所承受的压力小,不仅满足生产需要,而且在整个服务期内维修费用都较低。柔模泵注混凝土巷旁支护因为优良的技术特性,所以可以在保证支护强度与稳定性的同时,将充填体尽可能设计得窄。充填体的宽度影响着支护实践中的稳定性、也影响着支护的经济效果。

(2)充填体宽高比达4∶5时性价比最好,在充填体的稳定性方面,充填体宽度越窄,稳定性越差,但成本越低。随着巷旁充填体宽度增加,稳定性也增加,但较宽的充填体不仅增加了护巷的成本,降低了沿空留巷经济效益,也增加了煤矿留巷材料运输压力和工人施工的劳动强度。在实际操作中,一般要确定充填体的宽高比,首先是要确保稳定,在各项性能达到稳定要求的基础上,充填体宽度尽可能小,因为越小经济效益越高。

(3)在巷道内浇注混凝土连续墙,能够保证施工方便,确保安全,同时满足支护可靠性。一般安排晚班回采,中班留巷,早班检修,绝不会影响生产进度。

315204工作面沿空留巷技术

3.1巷旁支护参数设计

根据工作面三机配套和回风要求,确定15204工作面沿空留巷的宽度为4000mm。当墙体高度小于4.5m时,墙体宽度为800mm;当墙体高度不小于4.5m时,墙体宽度为1000mm,混凝土强度等级为C30。在墙体内预置锚栓,双托板安排双螺母;锚栓的间排距为1000mm×1000mm,这样做出的巷旁支护横断面如图1所示。

3.2沿空留巷压力计算

基于15204工作面的地质与开采条件,确定采用“分离岩块法”计算沿空留巷围岩压力。使用这种计算方法是因为沿空巷道和支护上方形成了支护静载荷,由一定范围内分离岩块的重量构成,建立沿空留巷巷旁支护矿压计算模型。

3.3墙体承载力验算

柔模混凝土是一种纤维包裹加筋的预应力复合材料结构体。因此,柔模混凝土的承载力由约束增强体和核心混凝土两部分组成。在轴向压力作用下,被约束的核心混凝土产生横向扩容变形,使得锚栓产生拉伸变形,从而形成了作用于核心混凝土的横向约束力,核心混凝土处于三向受压应力状态。与素混凝土相比,柔模混凝土的强度和延性都得到提高。

3.4墙体抗滑稳定性验算

采空区冒落的矸石堆积在柔模混凝土墙体的侧边,对柔模混凝土墙体有一定的侧压力,需进行柔模混凝土墙的抗滑稳定性验算。

3.5临时加强支护设计

超前工作面20m范围内仍然按照《15204工作面回采作业规程》的设计要求进行临时加强支护。滞后工作面50m范围内采用3排单体支柱进行临时支护,靠墙体侧单体间距800mm,巷中和煤帮侧单体间距1200mm,单体排距为1500mm。

4技术经济效果分析

4.1降低巷道掘进率,提高资源采出率

实施沿空留巷以后,井下每个回采工作面都可以减少工作量,少掘进1条巷道,回采巷道掘进率可以降低40%~50%,极大地缓解了矿井采、掘衔接不顺畅的矛盾。回收20m区段护巷煤柱,提高区段采出率13%,矿井服务年限可延长13%。

4.2回收煤柱经济效益

按照留巷长度1000m计算,煤层平均厚度4.3m,密度1.4t/m3,煤柱20m,采出率95%,采用沿空留巷以后,共计多回收煤炭资源11.4万t,吨煤收入按照500元,利润按200元计算,仅回收煤柱就可以增加收入5700万元,创造利润2280万元。

参考文献:

[1]岳文杰.柔模支护施工工艺中存在问题[J].河南科技,2014(11):59.

[2]魏吉祥.金凤煤矿柔模泵注混凝土全断面沿空留巷技术的应用[J].煤矿现代化,2014(5):60-62,65.

[3]田臣,刘英杰.神东矿区沿空留巷应用技术研究[J].煤炭工程,2016(S1):50-53.

[4]尚玉明,华宝锋.柔模泵送混凝土沿空留巷技术应用[J].煤炭科学技术,2012(S1):42-44.

[5]陈外信,田银素,王志峰,王富强,崔石磊.厚煤层柔模快速沿空留巷工艺在神东矿区的应用[J].煤炭工程,2016(12):1-4.

作者:韦瑜 单位:山西新景煤业有限责任公司

柔模泵注混凝土沿空留巷技术分析责任编辑:张雨    阅读:人次