充填鋼模板在沿空留巷工藝中研究與應(yīng)用

1 問題提出

1.1 沿空留巷的優(yōu)點(diǎn)

沿空留巷技術(shù)能夠較好的實(shí)現(xiàn)無煤柱護(hù)巷，提高煤炭資源采出率、改善巷道維護(hù)工作量、延長礦井服務(wù)年限、減少巷道掘進(jìn)量、緩解采掘銜接矛盾、實(shí)現(xiàn)“Y”型通風(fēng)方式便于治理瓦斯及改善礦井技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 目前國內(nèi)在沿空留巷研究與應(yīng)用中存在的主要問題

作為沿空留巷的一個難點(diǎn)即巷旁支護(hù)，在我國卻一直沒有得到很好地解決。沿空留巷技術(shù)的成功應(yīng)是巷內(nèi)支護(hù)與巷旁支護(hù)聯(lián)合作用的結(jié)果，這項(xiàng)技術(shù)成敗的關(guān)鍵是巷旁支護(hù)能否適應(yīng)沿空巷道的頂板運(yùn)動規(guī)律，有效地控制頂板巖層。

（1）在尋求一種能主動提供支護(hù)阻力的巷旁支護(hù)方式，增加巷旁支護(hù)的初始阻力方面研究還不夠。

（2）巷內(nèi)支護(hù)與巷旁支護(hù)不匹配，使留巷效果達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，甚至失敗。

（3）傳統(tǒng)的沿空留巷混凝土連續(xù)墻施工是采用剛模扳進(jìn)行手工操作，這種施工缺點(diǎn)在于：一是，需要大量的人力物力，而且效率低下；二是，剛模板密實(shí)不嚴(yán)，容易跑漿漏漿；三是，充填難以接頂，影響支護(hù)效果。

2 174405綜采工作面使用充填鋼模板泵注混凝土進(jìn)行沿空留巷背景

174405綜采工作面煤層直接頂板為石灰?guī)r，直接底板為細(xì)砂巖，以上兩種巖層都比較堅(jiān)硬，掘進(jìn)期間很困難。為了減少煤柱損失，提高煤炭資源回收率，保證采掘銜接，在該工作面使用沿空留巷技術(shù)工藝。

傳統(tǒng)采用柔摸袋作為混凝土漿液脫水成型，這種柔膜袋費(fèi)用高，機(jī)械化程度低。目前煤炭市場經(jīng)濟(jì)弱勢運(yùn)行，提高施工效率，降低成本勢在必行。

3 鋼模板泵注混凝土支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

3.1 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

以保護(hù)圍巖自身的完整性，充分發(fā)揮圍巖自身的承載能力為基本出發(fā)點(diǎn)，同時考慮到軟弱圍巖的自撐能力有限，該項(xiàng)目研究旨在工作面端頭效應(yīng)喪失前，在頂板盡可能小的位移及破碎情況下，對巷旁進(jìn)行快速及時的泵注混凝土支護(hù)，并使混凝土連續(xù)墻與頂?shù)装蹇煽棵芮羞B接，與留巷內(nèi)支護(hù)相結(jié)合，兩者共同作用承受地壓，充分發(fā)揮混凝土結(jié)構(gòu)的安全可靠性，又發(fā)揮錨索、錨桿支護(hù)的主動性，鋼柔結(jié)合，傳統(tǒng)技術(shù)與新技術(shù)相結(jié)合，盡最大可能提高施工機(jī)械化程度，減少施工工序，提高施工效率，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)承載能力，保證封閉性，使鋼模板泵注混凝土沿空留巷能滿足服務(wù)期間使用要求。

3.2 總體設(shè)計(jì)方案

隨著采煤工作面的推進(jìn)，將留巷滯后臨時支護(hù)30～50米，緊跟回采工作面，工作面端頭支護(hù)效應(yīng)消失前，在單體支柱或支架的掩護(hù)和支撐下，在巷旁支護(hù)的內(nèi)側(cè)，采用人工爆破切頂，以減少巷內(nèi)及巷旁頂板壓力。并將充填鋼模板使用提升千斤頂固定在巷旁支護(hù)處，使用注漿泵將混凝土注入充填鋼模板內(nèi)，在采空區(qū)與巷道之間形成一道密閉混凝土連續(xù)墻，彌補(bǔ)回采造成的巷道—幫的缺失，與原有巷內(nèi)支護(hù)及臨時支護(hù)形成一個整體，共同承擔(dān)采動及其它壓力。保護(hù)巷道穩(wěn)定并隔絕瓦斯及有害氣體，防止采空區(qū)自然發(fā)火，以便該巷用于下一個工作面回采。

4 支護(hù)結(jié)構(gòu)及工藝

充填鋼模板形狀為長方體，三面可伸縮加高擋板結(jié)構(gòu)，固定擋板采用整體焊接結(jié)構(gòu)，伸縮擋板采用外伸縮形式。通過混凝土泵經(jīng)由輸送管向鋼模板內(nèi)注入混凝土，最終形成混凝土連續(xù)墻體巷旁支護(hù)，結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度高，成型及密閉性好，混凝土充填嚴(yán)實(shí)，不易漏漿，接頂及成型效果好，機(jī)械化作業(yè)，施工速度快。

固定擋板采用整體焊接結(jié)構(gòu)，伸縮擋板采用外伸縮形式。固定擋板主體選用50mm厚鋼板，伸縮擋板主體選用30mm厚鋼板。在伸縮擋板兩側(cè)頂端（靠近前伸縮板）各布置一個注漿口，注漿口中心距離頂面為120mm，泵注口直徑為250mm，注漿口為快換接頭型式，能與注漿管配套使用。當(dāng)模板降至最低時（1.1米）仍能從注漿口進(jìn)行注漿，并配備專用堵頭，將內(nèi)側(cè)注漿口堵嚴(yán)。伸縮擋板間的縫隙使用密封滑塊密封。

5 鋼模板泵注混凝土施工程序及技術(shù)要求

5.1 充填工序

支護(hù)澆注空間→清理臺階處的浮煤浮砟→鋼模板內(nèi)壁側(cè)涂抹油脂及鋪塑料薄膜→清洗濕潤管路→注混凝土→封孔→清理管路。

5.2 鋼模板泵注混凝土施工要求

泵注混凝土前，混凝土輸送管與鋼模板使用快換接頭連接，兩側(cè)伸縮板上的注漿口一端注漿，另一端用專用堵頭堵上。低位注漿時應(yīng)將兩側(cè)固定擋板上的堵塊去掉，高位注漿時必須將兩側(cè)固定擋板上的堵塊裝上，每次注漿前必須檢查堵塊是否裝上。灌注完畢后，必須將注漿口內(nèi)的混凝土清除干凈，及時安上堵塊，避免混凝土的流出。混凝土澆注過程中要注意確保鋼模板充實(shí)，特別是邊緣及頂部。混凝土灌注接近飽滿時，應(yīng)暫停5-10分鐘，待鋼模板中的水析出后，再灌注至飽滿。

6 充填鋼模板技術(shù)關(guān)鍵及技術(shù)特點(diǎn)

6.1 首次在沿空留巷中使用整體式充填鋼模板

6.2 設(shè)置可伸縮擋板，可適應(yīng)巷道高度的需要

6.3 鋼模板泵注混凝土施工技術(shù)是一種綠色施工技術(shù)，比起柔模板，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，可重復(fù)使用，墻面成型后外觀光滑、平整，表面外觀效果好，綜合經(jīng)濟(jì)效益較好

6.4 節(jié)約成本，有較高的技術(shù)含量和良好的應(yīng)用性，不易變形，阻燃、防腐、抗水及抗化學(xué)品腐蝕的功能，有較好的力學(xué)性能。機(jī)械化作業(yè)，施工速度快

6.5 模板吸附力小，脫模容易

無拼縫，墻體成型好及密閉嚴(yán)，能有效地防止漏風(fēng)和煤的自然發(fā)火，以及避免采空區(qū)中的有害氣體進(jìn)入工作空間。

6.6 在混凝土墻內(nèi)側(cè)采用人工爆破的方法，在混凝土墻的內(nèi)側(cè)切頂，從而減小了頂板對混凝土墻的壓力

6.7 巷旁鋼模板混凝土墻與巷內(nèi)錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)合理，保留巷道穩(wěn)定性好

6.8 機(jī)械化作業(yè)，施工速度快

7 使用鋼模板泵注混凝土沿空留巷效益

7.1 企業(yè)效益

174405綜采工作面使用柔模板與鋼模板泵注混凝土墻對比情況

施工材料方面：使用鋼模板泵注混凝土注漿時，除注漿原料外，只在脫模工藝上使用塑料薄膜和廢機(jī)油，而柔模泵注混凝土注漿時，除注漿原料外，在支袋工藝上，使用了柔模模板、圓鋼錨桿、螺紋錨桿、鐵托盤、竹托板等。

通過實(shí)例進(jìn)行材料成本對比：

例：注一個長3m，寬1.5m，高1.5m的混凝土墻。

柔模泵注混凝土除使用注漿原料外，材料成本使用如下：

柔模袋：（3×1.5+3×1.5+1.5×1.5）×2外加（柔性模板需0.2m的富余量及注漿管接口“套袖”等），柔模袋總使用量為30m2，1m2柔模袋為80元，共消耗2400元。

圓鋼錨桿：2根×20元=40元

螺紋錨桿：4根×30元=130元

鐵托盤：4個×3元=12元

竹托板：4個×5元=20元

除注漿原料外，柔模泵注混凝土材料使用成本為：2602元。

鋼模板泵注混凝土除使用注漿原料外，材料成本使用如下：

塑料薄膜：（3×1.5+3×1.5+1.5×1.5）×2=22.5m2，塑料薄膜1m2為2元，共消耗45元。

廢機(jī)油：機(jī)組、溜子、皮帶減速機(jī)替換下的機(jī)油，回收重復(fù)利用。

除注漿原料外，鋼模板泵注混凝土材料使用成本為：45元。

2602元-45元=2557元

通過以上對比，可直觀的看到，注一個長3m，寬1.5m，高1.5m的混凝土墻，柔模泵注混凝土比鋼模板泵注混凝土多使用材料成本2557元。

174405綜采工作面運(yùn)料巷距停采線還有900m，如全部使用鋼模板泵注混凝土作業(yè)，比使用柔模泵注混凝土作業(yè)，節(jié)省材料成本900m×2557元=230.13萬元。

鋼模板整體造價為10萬元。

174405綜采工作面運(yùn)料巷使用鋼模板泵注混凝土作業(yè)，實(shí)際節(jié)約成本為2301300-100000=220.13萬元。

7.2 社會效益

比起柔模板，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，可重復(fù)使用，節(jié)能、環(huán)保顯著。

7.3 推廣應(yīng)用前景

可廣泛應(yīng)用于煤礦各類煤層沿空留巷及其它礦山無煤柱開采，地下工程及巖土工程地下連續(xù)墻施工。

[責(zé)任編輯：謝慶云]