粉煤灰高水材料巷旁充填的應用

楊勝斌，趙亞囡

(1.黑龍江科技大學 安全工程學院， 黑龍江 哈爾濱 150022;2.潞安集團左權(quán)阜生煤業(yè)，山西 左權(quán)縣 032600)

0 引 言

沿空留巷是在上區(qū)段采過后，通過加強支護或者采用其他有效方法，將上區(qū)段工作面運輸平巷保留維護下來，作為下區(qū)段回采時的回風平巷使用。沿空留巷的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在提高煤炭采出率，減少巷道掘進量，降低掘進隊伍的投入，縮短工作面搬家時間，緩解采掘接替緊張問題。因此，該技術(shù)在新安礦-500十層左軌道巷工作面得到試驗應用。

目前煤礦使用的充填材料多為矸石、水泥、混凝土和高水材料等[1-6]，其中只有高水材料留巷效果比較好，其他效果都不理想。但是高水材料成本比較高，因此，選擇一種既便宜又高效的高水充填材料是非常必要的。本文介紹了以粉煤灰為骨料的高水充填材料。用粉煤灰做骨料不僅可以提高充填體強度、減少膠結(jié)材料量及提高抗風化性能，而且還可減少消耗高水材料，節(jié)約成本。再者，該充填材料的應用礦井為雙鴨山新安礦，在距離新安礦約3 km處是雙鴨山大型國投電廠，具有充足的粉煤灰資源可以利用。粉煤灰是雙鴨山國投電廠生產(chǎn)過程中的廢棄物，嚴重污染環(huán)境，所以使用該材料可以間接保護環(huán)境。

高水速凝充填材料是以粉煤灰為骨料組成的A、B兩種混合物，其中A為活化劑，B為速凝劑。經(jīng)過鑒定，取自雙鴨山國投電廠的粉煤灰屬于II級高鈣粉煤灰。經(jīng)過實驗室粉煤灰高水材料試驗研究，當活化劑摻量為0.1%時，強度最大；活化劑摻量不變時，陳放時間0.5 h時強度最大，是活化劑與粉煤灰反應的最佳時間；測得材料粉煤灰高水材料單軸抗壓強度能夠達到2～3 MPa，彈性模量為4.2～4.5 GPa。

1 充填工作面狀況

-500十層左軌道巷全長270 m，煤層厚度為2.2 m，煤層頂板為粉砂巖和細砂巖。該施工巷道地質(zhì)構(gòu)造較復雜，施工至F點前31.4 m時遇見一條厚度為4.0 m的火成巖。

這個工作面綜合機械化一次采全高，上下平巷均采用錨網(wǎng)支護。巷道掘進采用每天“三八”制(一天三班，每班八小時)組織生產(chǎn)，每班一個循環(huán)，循環(huán)進尺1.6 m。-500十層左軌道巷巷道斷面見圖1。

圖1 巷道斷面

1.1 充填支架

采用與液壓支架配套的移動模板組裝成充填模盒固定充填體。為保證兩次充填體之間的接縫緊密，不產(chǎn)生泄漏瓦斯氣體及透水現(xiàn)象，在兩次充填體交接處應當設置鋼筋。同時在每次充填前應在模盒內(nèi)安裝適當鋼筋網(wǎng)片，以減少因不均勻沉降造成的充填體開裂。

1.2 充填漿液制備

在巷道充填硐室內(nèi)制備充填漿液，充填硐室內(nèi)制備兩個10 m3攪拌池，充填材料由地面礦車運送到充填硐室后，在攪拌池內(nèi)進行攪拌，漿液通過渣漿泵泵送至充填工作面。充填硐室見圖2。

圖2 充填硐室設備布置

1.3 充填管路布置

充填硐室→-500六采區(qū)繩道→-500六采區(qū)軌道下山→-500十層左軌道巷。

2 巷旁充填

2.1 充填體寬度計算[7]

根據(jù)普氏理論計算巷道的頂壓：

Q=4/3r·a2·1/f=30.1(t/m2)

式中：r—巖石容重，取2.5；

A—巷寬的一半，取1.9；

f—巖石堅固性系數(shù)，取4。

預先確定了沿空留巷的巷旁支護強度后，根據(jù)所需的巷旁支護強度及巷旁支護材料的力學性能，由下式計算巷旁支護寬度。

b=KQ/p

b=(1.2×30.1 t/m2)/(3×9.8)=1.23，取1.5 m。

式中：b—巷旁支護平均寬度，m ；

Q—沿空留巷所需的巷旁支護強度，MN/m；

p—巷旁支護體成型后1 d 的抗壓強度，平均值3 MPa；

K—安全系數(shù)，一般K =1.1～1.2。

2.2 充填工藝

(1) 巷旁充填工藝流程。粉煤灰巷旁充填工藝由充填泵站和充填點兩部分組成，基本工藝流程見圖3。

圖3 充填工藝流程

(2) 模板就位。當采空區(qū)滿足一個充填區(qū)段后，在移動液壓支架的同時，將充填模板移動到所需充填位置。然后清理充填模板內(nèi)、外表面，并且將廢機油涂刷在充填模板內(nèi)表面上。最后啟動液壓裝置，將模板調(diào)整到充填位置。

(3) 基底清理。清理模盒內(nèi)底板上的煤渣等雜質(zhì)。

(4) 堵縫。將模板邊角的縫隙用木板條堵嚴。為了防止漏漿、保證充填質(zhì)量，并方便脫模和保護模板，必要時應當在模板內(nèi)側(cè)鋪貼纖維布或者塑料布。

(5) 接管。泵管接到待充填的模盒旁邊，把軟管插入模盒上部的預留孔內(nèi)。

(6) 潤泵。在啟用充填泵后，注水濕潤料斗和泵管，與此同時檢查管道是否有漏液現(xiàn)象。

(7) 入料拌和。

(8) 充填料漿制備。在-500六采區(qū)繩道附近布置充填制漿站。充填硐室內(nèi)布設有充填泵、攪拌桶、供電設施以及送水管路等。采用ZBSB-148～23/6-185雙液充填泵充填，實際充填中準備了2臺(1臺使用，1臺備用)。攪拌桶是將粉煤灰等材料配制成漿體的一種攪拌設備，為了使充填工作連續(xù)進行，在充填系統(tǒng)中配備2個攪拌桶交替工作。

(9) 泵送充填。當料斗內(nèi)的拌和料達到一半以上，且其和易性滿足充填指標要求時，開啟液壓油泵，將拌和料泵送到模盒內(nèi)，保持連續(xù)作業(yè)，直到將模盒充填滿為止。

(10) 清理。用充填泵送水清洗泵和管道。

2.3 巷旁充填循環(huán)進度

為了給工作面正常進風，采取架后充填模式。該面生產(chǎn)進度為4.8 m/d，為了保證充填體及時達到強度，支撐采空區(qū)內(nèi)巷道頂板，巷旁充填需在工作面3個循環(huán)完成后立即施工。充填選擇在第三步距推溜移架后，所確定充填材料在1.5～2 h內(nèi)強度可達到1.0 MPa，24 h內(nèi)可達到2.5 MPa，設計巷旁充填進度為4.8 m/d。

3 結(jié) 論

-500十層左軌道巷長度為270 m，煤厚2.2 m，原設計留20 m的區(qū)段煤柱護巷，現(xiàn)采用粉煤灰高水充填材料進行巷旁充填，回收了護巷煤柱17226 t；節(jié)省新掘另一條巷道費用，約為161萬元。而采用粉煤灰高水充填材料進行巷旁充填的成本僅約為60萬元，由此可見，該充填材料僅在一個工作面應用就為礦井增加100萬元的煤炭收入。不僅如此，粉煤灰高水材料充填體有效控制了圍巖的變形，達到了高效回采的目的，并且還能起到隔離有害氣體及發(fā)火危險區(qū)域的作用。

參考文獻：

[1]王謙源，曹春蕾，李 洋.我國充填采煤的發(fā)展與關(guān)鍵技術(shù)[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2013,33(2).

[2]勾密峰,管學茂,張海波. 粉煤灰巷旁充填膠凝材料的制備與機理分析[J].煤礦安全,2009(12).

[3]馮建華,馮 杰. 高水材料與粉煤灰封堵采空區(qū)滅火[J].煤礦安全,2004(4).

[4]李建輝,馮光明,寧 帥,等. 綜采沿空留巷巷旁支護技術(shù)與應用[J]. 中國礦業(yè),2009(3).

[5]王海龍，郭惟嘉，陳紹杰，等.煤礦充填膏體力學性質(zhì)試驗研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2012,32(4).

[6]耿建平. 高水材料巷旁充填沿空留巷技術(shù)探討[J]. 山西建筑,2003(7).

[7]武繼雷. 沿空留巷巷旁充填體寬度計算與分析[J]. 安徽建筑工業(yè)學院學報,2013,21(2):54-57.