柔模混凝土沿空留巷技术应用效果分析.pdf

总 第1 8 0期 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5 2 7 9 8 2 0 1 4 0 8 0 3 7 桑模 混凝 土 沿空 留巷 技 术应 用效 果分 析 张海彬 ( 山西高河能源有限公司， 山西 长治0 4 7 1 0 0 ) 摘要： 介绍了高河煤矿 E 1 3 0 2工作面柔模混凝土沿空留巷技术应用情况， 阐述了柔模混凝土沿空留巷技 术方案及效果分析， 论述了柔模混凝土沿空留巷技术的经济效益及社会效益。 关键词： 综放工作面； 沿空留巷； 柔模混凝土支护； 效果分析 中图分 类号 ： T D 3 5 3 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 5 2 7 9 8 ( 2 0 1 4 ) 0 8 0 0 7 6 0 3 柔模混凝土沿空 留巷技术就是紧跟工作 面 回 采， 在工作面端头支护效应消失前 ， 在支架或单体支 柱掩护及支撑下 ， 将混凝土泵人一次性柔性模板内， 在采空区与巷道之间。 砌筑一道密闭的柔模混凝土 连续墙， 弥补回采造成的巷道一帮的缺失 ， 与原有 回 风巷道内的支护形成一个整体 ， 共 同承担 回采动压 及其他 的巷道压力 ， 维护巷道稳定 ， 并 隔绝瓦斯等有 害气体 ， 防止采空区 自燃发火 ， 以便该巷用于相邻工 作面回采。 1 工作面概况 井下位置 ： E 1 3 0 2工作面为东一盘 区首采面 。 周 边均为未采区 ， 北面接 + 4 5 0 m水平东翼进风大巷 、 辅运大巷及胶带大巷 。 地面标高： + 9 1 0 4 2+ 9 2 2 2 4 3 m。 底板标高 ： 巷道底板最高点标 高 +5 2 9 7 4 9 m 最低点标高为 + 4 7 4 4 2 3 m， 最高点和最低点高差为 5 5 3 2 6 m。 埋藏深度 ： 4 0 8 2 9 4 3 7 6 m。 工作面参数 ： 因 E 1 3 0 2工作面存在 F 正断层 。 落差为 1 7 5 m， 回采无法通过 ， 因此工作 面设计有 两个切眼。工作面第一切眼长度为 2 3 0 m， 工作面 设计可采长度为 1 1 9 4 4 2 m， 工作面第二切眼长度 为 2 3 0 m， 工作面设计可采长度 5 4 4 m； 工作面正规 支架 1 4 8架 ， 排头、 排尾架各 3架支架。 沿空 留巷情况 ： E 1 3 0 2工作面第二切眼开采后 从 1 1号横 贯 开始 留设 沿空 留巷 ， 沿空 留巷 全 长 5 0 0 I n。 2 柔模混凝土沿空留巷支护工艺及流程 2 1 超前支护 超前工作面临时加强支护采用一梁三柱单体柱 76 叮 T 型梁棚 ， 单体柱间距 2 3 0 0 m m， 棚距 8 0 0 mm， 动态 支护长度保持在 5 0 m。 2 2回采期间顶板维护 1 ) 从工作面 1 4 7号液压支架到机尾范 围内， 顶板铺设联接双层 1 0号 金属经纬 网， 金 属 网规格 7 m1 m， 双层金属 网长边搭接 5 0 0 m m， 延伸到巷 道内的金属网与回风巷顶板网片联接 ， 网片联接处采 用 1 6号绑丝， 采用双丝三扣， 孔孔相联方式进行联 接。 2 ) 每割一刀煤移架后 ， 需将排尾 2号、 3号支 架尾梁升平升紧 ， 且移架后尽快打设临时支护 ， 保证 顶板未变形下沉。 3 ) 工作面机尾空档采用一梁三柱单体柱订型 梁 ( 3 2 m) 棚支护， 1 T 型梁棚距 8 0 0 m m。 2 3 待浇筑空间临时支护 1 ) 割煤后紧跟排尾 2号支架沿采空 区侧 ( 距 巷道外帮 4 7 0 0 m m) ， 支设一排密集 圆木点柱 ， 圆木 点柱中心间距为 4 0 0 m m， 木点柱要“ 穿鞋戴帽” ， 并使 用鞋板和楔茬使点柱严密接顶 ： 圆木规格 D 2 0 o m l n 3 4 0 0 m l T l ， 鞋板规格为 3 0 0 mlT l 3 0 0 m m 7 0 m m。 2 ) 割煤移架后， 空出的待浇筑空间采用单体 柱 、 道木形成抬棚进行临时支护 ， 道木规格 1 5 0 0 mlT l 1 6 0 mm 1 4 0 mm。 2 4 柔模混凝土对拉锚杆设计 为了控制柔模 混凝土巷旁 支护墙体 的横 向变 形， 提高柔模混凝土巷旁支护墙体承受动载的能力， 在柔模混凝土巷旁支护墙体 内预置锚杆 ， 两端分别 配置梯 子 梁 、 托 盘 及 螺母 ， 间排 距 为 8 0 0 m i l l x 9 0 0 m m 锚杆规格为 D 2 2 m lT l L 1 3 0 0 mm， 梯子梁 规格为 3孔 D 1 4 m m1 6 0 0 m m。柔模挂设好后 ， 在 柔模预留孔内穿进锚杆 ， 套上梯子梁后将锚杆螺母 拧紧， 锚杆外漏 1 0 4 0 m m。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 5 - 2 2 作者简介： 张海彬( 1 9 8 3一) ， 男 ， 河北邯郸人， 助理工程师， 从事生产技术工作。 张海彬： 柔模混凝土沿空留巷技术应用效果分析 第2 3卷 第8期 2 5柔模 混凝 土浇 筑 1 ) 作业人员沿待浇筑空间挂设 老唐侧柔模 ， 挂设柔模 前 ， 首先 将柔模 架立 筋 ( 长 3 m， 直径 为 1 8 m m制作而成) 按照巷道高度穿人柔模翼缘 上合 适套筒 内 采用 1 0号铅丝 把柔模架立 筋和翼缘 绑 紧， 绑扎间距 为 3 0 0 mm： 接着利用打设好 的木点柱 将采空 区侧柔模架立筋使用铅丝 固定牢靠 ， 然后按 照上述方法将巷道外侧柔模架立筋固定在单体液压 支柱上 。 2 ) 柔模挂设好后 ， 在柔模预 留孔 内预埋好 瓦 斯抽放筛管 ： 筛管规格为 1 5 0 0 m m x 9 0 mm， 预留孔 距底板 2 8 m。 间距 3 m。 孔径 1 0 0 m m。 3 ) 将搅拌好 的混凝土注入柔模 内 ， 直至柔模 接顶严实。 4 ) 当柔模混凝土充分接顶时 ， 利用柔模透水 不透浆 的特性 ， 在泵压作用下， 柔模内的水分开始不 断外流 ， 此时暂停 3 mi n ， 待柔模混凝土 内的水分停 止外渗后 ， 再泵注至饱满 ， 这样反复 3 5次为止 以 确保柔模混凝土充分接顶 。 2 6工作面沿空留巷顶板支护 滞后工作面临时加强支护采用一梁三柱单体 耵 型梁棚 。 棚距 8 0 0 m m。随着工作 面的推进 ， 滞后工 作面临时加强支护长度为 1 5 0 m， 超过 1 5 0 m的临 时支护进行 回收。 2 7 沿空留巷预埋管法瓦斯抽放设计 在柔性模板上 预留一排瓦斯抽采孔 ， 柔模挂设 好 以后将一根聚乙烯筛管预埋在柔模预 留孔 内 混 凝土浇筑完毕且达到初凝强度后 将聚 乙烯筛管与 巷 内瓦斯抽采主管路连接 ， 以此实现采空区 内瓦斯 抽放。沿空留巷支护平面见 图 1 。 超前工作 面临时加强支护采用单体柱+ 型梁 ( 4 6m)一梁三柱支护； 1 4 7 号 液压支架至机尾，顶板铺 设联接1 0 号双层金属网；每割一刀煤，排尾2 号、3 号支架 尾粱升平 ；单体柱+ 型粱棚一粱三柱支护； 密集木点柱，木柱下面挖 1 0 0 m 深柱 窝，木柱上垫设木墩；待浇筑空间临时支护 ( 一梁二柱大板棚)；每E t 哺 班挂 设浇筑；挂设柔性模板时，确保柔模混凝土要落在实底上；在柔模预留孔内预 埋好瓦斯抽放支管后 ，开始泵注混凝土 ，待柔模 混凝土凝固后形成巷旁支护体 ；滞 后工作面l 5 0 m 范围内架设单体柱+ 竹型梁 ( 3 2m) 一梁三柱临时加强支护。 图 1 E 1 3 0 2工作面沿空留巷支护平面示意 3 柔模混凝土技术参数 3 1 柔模混凝土配比标准 柔模混凝土配 比见表 1 。 表 1 C 3 0泵注混凝土初步配合 比 混凝土基料名称 水泥 水 石子 砂子 外加剂 1 m 混凝土基料质量5 5 0 k g 2 2 0 k g 8 0 0 k g 7 6 5 k g 1 k g 混凝土基材质量技术标准 ： 水泥为 4 2 5 R普通 硅酸盐水泥； 砂子为二区中砂 ， 水洗砂 ， 泥或石粉含 量小于 3 ： 石子为 5 2 0 m m连续级配碎石 含泥 量小于 1 ， 石粉含量小于 0 5 。 3 2 柔模混凝土强度发展规律 采用 回弹仪 ， 在井下实测柔模混凝土墙体 的强 度发展规律 ， 实测强度曲线见图 2 。 龄 期 d 图 2 柔模混凝 土抗压强 度与龄期 关系 由图 2可见 ： 1 ) 1 d龄 期 柔 模 混 凝 土 抗 压 强 度 可 达 1 5 MP a 3 d龄期柔模混凝土抗压强度可达 3 0 MP a 以上 ， 即 3 d即可达设计强度。 2 ) 03 d龄期柔模混凝 土强度增速较快 ， 近 似为直线增长 ， 平均增速可达 1 1 MP a d ； 36 d龄 期柔模混 凝 土强度 增速 明显放 缓 平均 增速 可达 2 4 M P a d ： 6 d龄期 以后 ， 柔模混凝土强 度增速趋 零 ， 稳定在 4 0 MP a以上。 3 ) 柔模 混凝土强度 的这一增长特性 主要是 柔模混凝土专用外加剂作用 的结果。该外加剂一方 面可以降低混凝土拌合物的水 灰 比 提高混凝土 的 早期强度 ： 另一方面该外加剂 内的活化剂成分可 以 激发水泥 中反应较慢 的硅酸二钙和硅酸 三钙的活 性 ， 从而加快了混凝土强度的增长速度。 4 围岩收敛变形规律 在距离采煤工作面后方 2 5 r n位置处设置测站 测试顶底板移近规律见图 3， 墙帮移近规律见图 4 。 宫 皿 唧 挺 ： ： 一 一 一 一 一 一l 8 0 一 l 6 0 一 】 4 O l 2 O一 】 O 0 8 0 6 0 4 O一 2 0 o 2 0 4 0 6 0 测站 至采煤工作面距离， m 十顶底板移近量； - _ - 顶板下沉量； 一 底鼓量 图3 顶底板移近规律 7 7 张海彬： 柔模混凝土沿空留巷技术应用效果分析 第2 3卷第8期 jU 2 5 _ _ 2 0 测站至采煤工作 面距离 m 十帮鼓量； _ _墙移量 一 墙帮移近量 图 4 墙 帮移 近规律 由图 3和图4可知 ： 1 ) 从超前工作面 5 0 m到滞后工作面 1 4 0 m 的范围内， 顶底板总移近量为 8 0 c n q ， 其 中顶板下沉 量 6 0 c m， 底鼓量 2 0 c m， 顶板下沉量 占总移近量 的 7 5 ， 留巷变形 以顶板下沉为主。 2 ) 超前工作面顶板下沉量为 9 c m， 占总下沉 量的 1 1 3 ， 滞后工作面顶板下沉量为 5 1 c m。 占总 下沉量的 8 8 7 ； 底鼓变形量主要发生在滞后工作 面 2 0 m范围内。 3 ) 两帮总移近量为 1 9 c m， 其中煤 帮最大移 近量为 1 6 c m， 墙体最大移近量为 3 e m， 煤帮移近量 占总移 近 量 的 8 4 2 ： 超 前 工作 面煤 帮 移 近 量 4 c m， 占总帮鼓量 的 2 5 ， 滞后工作面煤帮移近量 为 1 2 o m。 占总移近量的7 5 。 4 ) 滞后工作 面 1 4 0 m以后 ， 留巷围岩变形基 本稳 定 。 5 沿空 留巷 的效果 1 ) E 1 3 0 2工作面经济效益。煤柱效益 ： 高河 煤矿试验工作 面二切眼走 向长度 5 0 0 m， 倾 向长度 2 3 0 m， 煤层平均厚度 6 2 m， 密度 1 4 t m ， 护巷煤 柱 2 5 m， 煤炭 回收率提高 1 1 3 6 ， 共计多采出煤炭 资源 1 0 8 5万 t 。吨煤利税 3 0 0元 ， 仅 回收煤柱就可 以创造经济效益 3 2 5 5万元。 少掘巷效益： 高河煤矿巷道掘进费用 1 2( 1 3 0 元 m 沿空留巷工程费用 5 4 5 0 7 1 t_ J m 每米巷道可以节 ( 上接第 4 6页) 参考文献 ： 1 于不凡 煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册 M 北 京： 煤炭工业出版社 2 0 0 5 2 赵旭生 低指标突出现象原因分析及防突对策 J 煤 矿安全 ， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 6 7 6 9 3 胡千庭 中国预防煤矿瓦斯灾害对策研究 c 煤矿 瓦斯灾害预防与控制国际研讨会论文集 ， 2 0 0 9 4 李学来， 刘见中 瓦斯灾害治理新技术 J 中国安全科 78 省 6 5 4 9 2 9元 ， 留巷 5 0 0 m， 仅少 掘巷就可 以节省 3 2 7 4 6万元 2 ) 少掘巷道 ， 降低巷道掘进率 ， 缓 解矿井采 掘衔接矛盾。高河煤矿采用沿空 留巷技术 以后 ， 除 采区首采面以外 ， 后续每个 回采工作面只需要掘进 1 条巷道 。回采工作面万吨掘进由双 U型通风时的 2 3 8 m， 降低到Y型通风时的5 9 5 m 万吨巷道掘 进率直降 7 5 ， 有力缓解矿井的采掘接续矛盾 。 取消区段护巷煤柱 ， 提高煤炭资源回收率 延长 矿井服务年限。每个 回采工作面可以减少 5 0 m 区 段护巷煤柱 ， 煤炭资源 回收率提高 2 0 ， 相当于为 矿井增加了 1 5的可采储量 。 延长 了矿井 的服务年 限 。 3 ) 改善矿井安全生产条 件。回采工作 面采 用 Y型通风方式代替 目前 的双 u型通风 ， 解决了 u 型通风工作面上隅角瓦斯积聚超 限难题 ， 实现 了工 作面回风流瓦斯浓度降至 1 以下 为杜绝煤矿瓦 斯爆炸事故创造了前提条件： 回采巷道掘进率降低 7 5 ， 从根源上降低了瓦斯爆炸事故的发生率。 4 ) 改善矿井生产技术条件 ， 变跳采为连续开 采 ， 有利于生产 的集 中化 。 5 ) 实现无煤柱开采 ， 没有煤柱影响区的应力 集中， 煤与瓦斯突出危险威胁消除 ， 被保护层巷道维 护容易 6 结语 综上所述 。 柔模混凝土沿空 留巷技术在高河煤 矿 E 1 3 0 2综放工作面试验成功 取得 了良好 的技术 经济效果 ， 为综放条件下的沿空 留巷提供了新 的技 术途径 。 5 6 7 责任编辑： 路方 学学报 ， 2 0 0 4 ( 7 ) ： 1 0 11 0 4 刘程， 赵旭生 ， 谈国文 煤与瓦斯突出综合预警技术 实现原理及应用 J 煤矿安全 ， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 1 51 7 胡奇， 陈义辉 煤矿瓦斯灾害预警 G I S系统的研究 J 煤炭技术， 2 0 1 3 ， 3 2 ( 2 ) ： 1 2 51 2 6 刘辉 ， 朱春香 基 于煤 矿安 全监 控系统的瓦斯 灾害预 警系统研究与应用 J 能源技术管理 ， 2 0 1 2( 5 ) ： 1 461 47 责任编辑 ： 路方