沿空留巷泵送混凝土堵管原因分析及预防措施.pdf

第4 7 卷 第6 期 煤炭工程 CO AL EN GI NE E RI NG Vo 1 ． 4 7． No ． 6 do i ： 1 0． 1 1 7 9 9 ／c e 2 O1 5 0 6 0 2 6 沿 空留巷泵送混凝土堵管原 因分析 及预 防措施 刘效 贤 ，王 沉 ( 1 ．陕西煤业化工集团有限责任公司 韩城矿业公司，陕西 韩城7 1 5 4 0 0； 2 ．中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州2 2 1 1 1 6 ； 3 ．中国矿业大学 深部煤炭资源开采教育部重点实验室，江苏 徐州2 2 1 1 1 6 ) 摘要 ：基于韩城矿业公 司泵送混凝土沿空留巷现场实践探讨 了井下泵送混凝土工艺中作 业环境、泵送设备、泵送材料及作业人 员的特殊性 ，从泵送混凝土设备制造、充填材料的合理配 制、井下作业方式等方面进行 系统分析 ，提 出了加强设备研发 力度 、加强材料及人 员管理的技术 措施 ，并取得 了良好的应用效果。 关键词 ：沿空留巷 ；泵送混凝土 ；堵管；充填设备 中图分类号 ：T D 3 5 3 文献标识码：A 文章编号 ：1 6 7 1— 0 9 5 9 ( 2 0 1 5 ) 0 6 _ ( ) 0 7 8 _ ( ) 3 Ca u s e An a l y s i s a n d Pr e v e n t i o n M e a s u r e s o f Pi p e Bl o c k ag e i n Pu mpi n g Co n c r e t e i n Go b—S i d e En t r y Re t a i n i n g LI U Xi a o—x i a n ． W a n g Che n ， ( 1 ． H a n c h e n g Mi n i n g C o mp a n y L i mi t e d ，S h a a n x i C o a l a n d C h e m i c a l I n d u s t r y G r o u p C o mp a n y L imi t e d ，H a n e h e n g 7 1 5 4 0 0，C h i n a ； 2 ． S c h o o l o f Mi n e s ， Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y， Xu z h o u 2 2 1 1 1 6，Ch i n a； 3． Ke y La b o r a t o ry o f De e p Co al Re s o u r c e Mi n i n g o f M i n i s t r y o f E d u c a t i o n，Ch i n a Un i v e r s i ty o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o gy ， X u z h o u 2 2 1 1 1 6 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n fi e l d p r a c t i c e o f c o n c r e t e p u mp i n g i n g o b — s i d e e n t r y r e t a i n i n g ， p a r t i c u l a rit y o f t h e o p e r a t i n g e n v i r o n me n t ， p u mp i n g e q u i p me n t ， ma t e ri a l a n d o p e r a t i n g p e r s o n n e l i n t h e c o n c r e t e p u mp i n g w a s d i s c u s s e d ． T h e ma n u f a c t u r i n g o f c o n c r e t e p u mp i n g e q u i p me n t ， fi l l i n g ma t e ria l p r e p a r a t i o n a n d u n d e r g r o u n d o p e r a t i o n mo d e we r e s y s t e ma t i c a l l y a n a l y z e d ． Ac c o r d i n g t o t h e r e s u h s ， p r e v e n t i o n me a s u r e s o f p i p e b l o c k a g e we r e p r o p o s e d a n d a p p l i e d ， i n c l u d i n g e n h a n c e me n t o f e q u i p me n t d e v e l o p me n t a n d ma t e ria l a n d p e r s o n n e l ma n a g e me n t ，f a v o r a b l e e f f e c t w a s a c h i e v e d ． Ke y wo r d s ：g o b—s i d e e n t ry r e t a i n i n g ； p i p e b l o c k a g e；c o n c r e t e p u mp i n g ；fi l l i n g e q u i p me n t 近年来 随着采 矿支护 技术 的不断发 展 ，泵送 混凝 土 沿空留巷在煤矿井下 得到 广泛应 用 ，泵送混 凝土沿 空 留巷 具有充填体强度高、留巷速度快、支护成本低等特点 。J ， 泵送混凝土配套工艺也 E t 趋成熟，但混凝土泵堵管问题并 未得到彻底解决 J 。井 下泵送混凝 土与地 面泵送混 凝土有 很大的不 同，受环境、设备、材料、运输等条件的制约， 作业环境差 ，影响因素多，堵管的几率也 比较大。堵管问 题不仅 影响施工进 度，而且 造成设备 损坏和材 料的浪 费 ’ 。韩城矿业公司 自2 0 1 2年 以来把泵 送混凝 土沿 空 留 巷技术作为重点科研项 目进行大范围推广 ，目前已在七个 7 8 回采面推广应用，并取得显著效益。但沿空留巷混凝土泵 堵管现象仍时有发生 ，影响井下生产作业，因此，有必要 对混凝土泵堵管原因进行全面分析，并采取针对性措施。 1 井下泵送混凝土特点分析 1 ． 1作 业环境 与地面相比，井下作业有如下特点：环境狭窄，光线 弱，人员移动空间有限，视线不清，影响搅拌质量；井下 巷道起伏大、管道不易固定，在泵送过程中易产生管路跳 动；井下泵送方式根据坡度不同可分为正坡输送、负坡输 收稿 日期 ：2 0 1 4— 0 8—1 1 作者简介：刘效贤( 1 9 6 4一) ，男，陕西韩城人，采矿高级工程师，现任陕西煤业化工集团有限责任公司韩城矿业公司 副总工程师 ，从事采矿技术工作，E—m a i l ：8 7 0 5 6 6 7 7 9 @q q ． c o rn。 引用格式：刘效贤，王沉．沿空留巷泵送混凝土堵管原因分析及预防措施 [ J ] ．煤炭工程，2 0 1 5 ，4 7 ( 6 ) ：7 8—8 0 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第6 期 煤炭工程 送、平巷输送 ，对作业人员来说三种情况均可能遇到，对 习惯于一种操作方法的作业人员，情况变化后的泵送方法 仍按原方法操作，易造成堵管。 1 ． 2泵送 设备 井下设备必须具有防爆性能，这是煤矿井下设备与地 面设备的显著区别。由于受井下运输 、作业环境 的限制 ， 井下设备外形尺寸有严格的限制；同时由于空间的限制 ， 要求井下设备有便于装卸、移动、安装、固定的装置。井 下混凝土搅拌与泵送为一体结构，混凝土干料配合好后 ， 运送至作业点再进行加水搅拌，加水量由人工控制 ，水灰 比偏差较大。井下采 面推采长度 一般为 6 0 0—2 0 0 0 m，因 此 ，要求泵送设备有较大的功率，较长的泵送距离，但空 间条件又限制了制造设备的能力。 1 ． 3泵送 材料 沿空留巷巷旁充填，是对已开采空间的支护，要求支 护墙体必须具有主动、及时、高强等特点。一般要求充填 墙体在2 4 h 之内墙体支护强度必须达到5 MP a以上；采用框 架式充填，要求 8 h之内必须脱模，因此，泵送混凝土性能 必须满足井下支护和作业需要。与地面混凝土相比，井下 混凝土凝 固时间和早强时间均较短，也增加了堵管的几率。 1 ． 4作 业人 员 井下作业人员一般为农协工，流动性大，操作技能不 高，对设备的安装、操作、检修、维护较难达到技术要求。 2 堵管原 因分析 2 ． 1 设备 制造 原 因 1 )沿空 留巷 充填设 备按照 电机功率一般 为 9 0 k W、 1 l O k W、1 4 5 k W三种，泵送距离设计长度 6 0 0～ 8 0 0 m，实际 泵送距离一般为 3 0 0—5 0 0 m，实际泵送长度为设计长度 的 6 0 ％ ～ 7 O ％ 比较合理 。 2 )混凝土泵搅拌分为单轴搅拌和双抽搅拌，单轴搅拌 适于连续搅拌 ，但对操作工技术要求高；双抽搅拌适于间 歇搅拌，连续搅拌时速度低于单轴搅拌。 3 )充填管路分为对焊法 兰和外焊箍 圈法兰两 种 ，对焊 法兰管头厚实耐用 ，接头严密，但管道内壁有焊缝 ，焊渣 不易除净，增加了管道阻力 ；外焊箍圈管道内壁光滑，阻 力小，对巷道起伏有一定的适应性 ，但钢管端头较薄，易 变形 ，连接卡箍螺栓较多 ，在堵管时不能快速处理 。 4 )混凝土管道卡箍分为压紧式卡箍 、单螺栓卡箍和多 螺栓卡箍 。压紧式卡箍接管 时费力 ，在泵送过 程 中易松 开 ； 多螺栓卡箍连接紧密，但拆管、接管较麻烦，特别是堵管 时不能快速处理；单螺栓卡箍拆、接方便，不易损坏，在 煤矿井下较为实用 。 5 )充填泵清洗工装有三种形式，分别为直管工装、三 通工装和斜管工装。直管工装为地面井下常用形式 ，采用 双管替换，换球速度较快；三通工装仅用一个堵头 ，装卸 方便，但须人工掏 出混凝土浆液；斜管工装是一种新的形 式，有两个堵头，打开堵头，浆液 自动排出，加塞海绵球 比较方便。 2 ． 2 材料 原 因 1 )井下泵送混凝土外加剂供货厂家性能不一 ，但速凝 剂成分均多于地面使用的外加剂，决定了混凝土泵送距离 不能过长。特别是速凝剂过多，易造成浆液未送到位就发 生堵管现象，因此，井下泵送混凝土选用适合的外加剂尤 为重要 。 2 )井下泵送材料按配合地点分为地面配料和井下配 料。地面配料就是在搅拌车间，将混凝土干料搅拌均匀， 运至井下直接加水搅拌；井下配料，就是在地面将沙子、 石子、粉煤灰、外加剂混合，井下搅拌时再加入水泥。一 般来说，地面搅拌较均匀，但如果沙子含水量高，或运送 过程 中未采取 防水 措施 ，易 造成 混凝土 干料 结块堵 管 ；井 下拌料 ，材料配合不均 、质量差 ，也容 易堵 管。 2 ． 3 安装原 因 1 )混凝土泵安装要求有牢 固稳定 的基础 ，井下 安装一 般不打基础，直接放在巷道底板，如遇底板不平、松软或 有浮煤、浮矸，极易造成机体震动，降低泵送能力。 2 )安装有底轮的移动泵，如果泵体未固定牢靠，在泵 送浆液时，容易造成泵体前后窜动 ，直接影响泵送距离。 3 )井下管道未固定牢靠 ，卡箍螺栓未上紧，易造成管 道窜动，密封破坏漏浆造成堵管。 2 ． 4操 作原 因 一 般新手在操作充填泵时，浆液水灰比和均匀度把握 不准，造成浆液可泵性差；在浆液泵送前未加海绵球或未 用砂浆润滑管道造成管道前端砂浆分离，堵塞管道；泵注 结束时，清洗工加装海绵球时间过长也易造成堵管。 2 ． 5 意外原 因 井下突然停电、停水 ，混凝土泵等设备故障，高压胶 管爆裂或管道密封破裂 ，虽发生概率较低，但属于较难预 防的堵管事故 。 3预防措施 3 ． 1 加大充填设备研发力度 ，提 高设备性能 沿空留巷国产充填设备推向市场不足十年，尽管生产 厂家较多，但性能相近的多，个性突出的少，特别是能完 全满足井下需要的更少。井下充填设备要求结构紧凑、移 动方便、性能可靠、泵送距离长、堵管几率小。目前 国产 沿 空留巷充 填设 备最远可泵送 6 0 0 m，与煤 矿现场 要求差距 较大；设备安装和拆卸与地面相比劳动强度和工作量较大； 设备搅拌 、泵送和故障处理，尚未实现智能化。使用单位 在选择设备时，除应考察供应设备的现场使用情况外 ，还 应依据本矿现场条件，提出相应的技术要求 ，以确保充填 设备的正常使用。 3 ． 2 加强充填材料管理 ，确保混凝土质量 外加剂性能与泵送距离有很大关系，如果要加长泵送 7 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 5年第6期 距离，必须选择相配套的外加剂供货单位；对于混凝土材 料配比变化，应相应调整外加剂 比例。在地面搅拌的混凝 土，要求沙石必须是干料，对每批次沙子、石子应进行含 水率测定，含水率超标的沙石，应重新烘干后再进行搅拌。 对井下配合的混凝土干料 ，应有准确的计量，同时，应延 长搅拌时间，确保充填材料的均匀混合。 3 ． 3 加强人 员培训 ，提 高操作技能 井下沿空留巷充填设备与综掘设备相 比，结构简单， 功能少 ，作业时间短，容易在管理方面产生误导 ，同时让 采煤队负责沿空留巷，一般均安排辅助人员或无特长人员。 在操作培训方面，安排时间均 比较短 ，也未进行严格 的考 试 ，导致初次推行沿空留巷充填的工作面，堵管次数均比 较多。因此，沿空留巷作业人员 ，应选择有一定文化基础 的职工，人员培训必须经过严格的理论与实践考试，方能 保证设备的可靠运行。 3 ． 4 加强现场施工管理，坚持按章作业 1 )严格按技术要求安装充填设备 ，是防止堵管的第一 道关口。对固定式充填泵必须提前打好基础，对移动式充 填泵，底轮必须固定牢靠，并有防止泵体窜动的装置。充 填管道应尽量铺平 、铺直，管道两端头必须用卡箍与巷道 底板固定，每节管道卡箍螺栓必须上紧。每次外移充填泵 或重新安装管道，都必须严格按技术要求操作。 2 )严格按规定程序输送浆液，是防止堵管的第二道关 口，浆液输送前必须用水和砂浆润滑管道；浆液输送过程 中，应随时观察搅拌质量 、输送压力和泵体声音，发现异 常，应及时采取针对性措施；输送结束时，必须按规定清 洗管道。 3 )严格设备定期维护保养，是防止堵管的第三道关 口，每次充填结束后应使设备、管道处于完好状态，对故 障部位应填好当班记录，安排检修工及时处理，设备润滑 部位应及时加注黄油 ，泵站液压油更换应定期，泵站过滤 网应定期清理 ，采面沿空留巷结束后，必须安排设备升井 大修 。 4 )掌握应急处理，是防止堵管的第四道关口，混凝土 管道堵管是有规律的，一般发生在初次安装 、泵站外移、 部件更换、管道重接、注浆结束等时段，要求作业人员必 须充分掌握各种情况下的堵管处理方案，在发生堵管时能 够快速处理 。 5 )每次发生堵管后 ，堵管段必须彻底清理干净，并按 要求连接，防止接管后再次堵塞。井下作业点必须有易损 件备用 ，防止设备发生故障时，处理不及时造成堵管。对 于井下供电不正常的回采工作面，应对充填设备采用双回 路供电，防止停电事故造成堵管。 通过采取 以上技术 措施 ，现 场泵送 混凝 土的工 程实 践 中，堵管现象明显减少 ，取得了较好的应用效果。 4结语 沿空留巷混凝土泵堵管原因是多层次、多方面的，应 从混凝土泵等充填设备研发和合理选型、混凝土材料的性 能和合理配比、工艺系统的优化设计和加强现场管理等方 面采取综合措施 ，降低混凝土堵管事故发生几率，使沿空 留巷技术得到广泛的推广应用 ，降低煤矿巷道掘进率，提 高煤炭资源采出率，实现煤矿的安全高效生产。 参考文献 ： [ 1 ] 袁亮．低透气性煤层群无 煤柱煤与瓦斯 共采理论 与实践 [ M] ．北京 ：煤炭工业 出版社 ，2 0 0 8 ． [ 2 ] 毛清华，王雪芳．9 煤层中巷旁充填沿空留巷试验分析 [ J ] ．煤炭 工程 ，2 0 0 5 ( 5 ) ：5 4— 5 6 ． [ 3 ] 张友谊．平煤二矿沿空留巷综合控制技术研究 [ J ] ．煤炭 工程 ，2 0 1 2 ，4 4 ( 6 ) ：4 6— 4 8 ． [ 4 ] 倪晓燕 ，陈晓磊．泵送混凝 土的堵管原 因分析 [ J ] ．商品 混凝土 ，2 0 1 0 ( 1 )：4 5— 4 6 ． 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