粉煤灰高水材料巷旁充填的应用

杨胜斌，赵亚囡

(1.黑龙江科技大学 安全工程学院， 黑龙江 哈尔滨 150022;2.潞安集团左权阜生煤业，山西 左权县 032600)

0 引 言

沿空留巷是在上区段采过后，通过加强支护或者采用其他有效方法，将上区段工作面运输平巷保留维护下来，作为下区段回采时的回风平巷使用。沿空留巷的优越性主要表现在提高煤炭采出率，减少巷道掘进量，降低掘进队伍的投入，缩短工作面搬家时间，缓解采掘接替紧张问题。因此，该技术在新安矿-500十层左轨道巷工作面得到试验应用。

目前煤矿使用的充填材料多为矸石、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较好，其他效果都不理想。但是高水材料成本比较高，因此，选择一种既便宜又高效的高水充填材料是非常必要的。本文介绍了以粉煤灰为骨料的高水充填材料。用粉煤灰做骨料不仅可以提高充填体强度、减少胶结材料量及提高抗风化性能，而且还可减少消耗高水材料，节约成本。再者，该充填材料的应用矿井为双鸭山新安矿，在距离新安矿约3 km处是双鸭山大型国投电厂，具有充足的粉煤灰资源可以利用。粉煤灰是双鸭山国投电厂生产过程中的废弃物，严重污染环境，所以使用该材料可以间接保护环境。

高水速凝充填材料是以粉煤灰为骨料组成的A、B两种混合物，其中A为活化剂，B为速凝剂。经过鉴定，取自双鸭山国投电厂的粉煤灰属于II级高钙粉煤灰。经过实验室粉煤灰高水材料试验研究，当活化剂掺量为0.1%时，强度最大；活化剂掺量不变时，陈放时间0.5 h时强度最大，是活化剂与粉煤灰反应的最佳时间；测得材料粉煤灰高水材料单轴抗压强度能够达到2～3 MPa，弹性模量为4.2～4.5 GPa。

1 充填工作面状况

-500十层左轨道巷全长270 m，煤层厚度为2.2 m，煤层顶板为粉砂岩和细砂岩。该施工巷道地质构造较复杂，施工至F点前31.4 m时遇见一条厚度为4.0 m的火成岩。

这个工作面综合机械化一次采全高，上下平巷均采用锚网支护。巷道掘进采用每天“三八”制(一天三班，每班八小时)组织生产，每班一个循环，循环进尺1.6 m。-500十层左轨道巷巷道断面见图1。

图1 巷道断面

1.1 充填支架

采用与液压支架配套的移动模板组装成充填模盒固定充填体。为保证两次充填体之间的接缝紧密，不产生泄漏瓦斯气体及透水现象，在两次充填体交接处应当设置钢筋。同时在每次充填前应在模盒内安装适当钢筋网片，以减少因不均匀沉降造成的充填体开裂。

1.2 充填浆液制备

在巷道充填硐室内制备充填浆液，充填硐室内制备两个10 m3搅拌池，充填材料由地面矿车运送到充填硐室后，在搅拌池内进行搅拌，浆液通过渣浆泵泵送至充填工作面。充填硐室见图2。

图2 充填硐室设备布置

1.3 充填管路布置

充填硐室→-500六采区绳道→-500六采区轨道下山→-500十层左轨道巷。

2 巷旁充填

2.1 充填体宽度计算[7]

根据普氏理论计算巷道的顶压：

Q=4/3r·a2·1/f=30.1(t/m2)

式中：r—岩石容重，取2.5；

A—巷宽的一半，取1.9；

f—岩石坚固性系数，取4。

预先确定了沿空留巷的巷旁支护强度后，根据所需的巷旁支护强度及巷旁支护材料的力学性能，由下式计算巷旁支护宽度。

b=KQ/p

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

式中：b—巷旁支护平均宽度，m ；

Q—沿空留巷所需的巷旁支护强度，MN/m；

p—巷旁支护体成型后1 d 的抗压强度，平均值3 MPa；

K—安全系数，一般K =1.1～1.2。

2.2 充填工艺

(1) 巷旁充填工艺流程。粉煤灰巷旁充填工艺由充填泵站和充填点两部分组成，基本工艺流程见图3。

图3 充填工艺流程

(2) 模板就位。当采空区满足一个充填区段后，在移动液压支架的同时，将充填模板移动到所需充填位置。然后清理充填模板内、外表面，并且将废机油涂刷在充填模板内表面上。最后启动液压装置，将模板调整到充填位置。

(3) 基底清理。清理模盒内底板上的煤渣等杂质。

(4) 堵缝。将模板边角的缝隙用木板条堵严。为了防止漏浆、保证充填质量，并方便脱模和保护模板，必要时应当在模板内侧铺贴纤维布或者塑料布。

(5) 接管。泵管接到待充填的模盒旁边，把软管插入模盒上部的预留孔内。

(6) 润泵。在启用充填泵后，注水湿润料斗和泵管，与此同时检查管道是否有漏液现象。

(7) 入料拌和。

(8) 充填料浆制备。在-500六采区绳道附近布置充填制浆站。充填硐室内布设有充填泵、搅拌桶、供电设施以及送水管路等。采用ZBSB-148～23/6-185双液充填泵充填，实际充填中准备了2台(1台使用，1台备用)。搅拌桶是将粉煤灰等材料配制成浆体的一种搅拌设备，为了使充填工作连续进行，在充填系统中配备2个搅拌桶交替工作。

(9) 泵送充填。当料斗内的拌和料达到一半以上，且其和易性满足充填指标要求时，开启液压油泵，将拌和料泵送到模盒内，保持连续作业，直到将模盒充填满为止。

(10) 清理。用充填泵送水清洗泵和管道。

2.3 巷旁充填循环进度

为了给工作面正常进风，采取架后充填模式。该面生产进度为4.8 m/d，为了保证充填体及时达到强度，支撑采空区内巷道顶板，巷旁充填需在工作面3个循环完成后立即施工。充填选择在第三步距推溜移架后，所确定充填材料在1.5～2 h内强度可达到1.0 MPa，24 h内可达到2.5 MPa，设计巷旁充填进度为4.8 m/d。

3 结 论

-500十层左轨道巷长度为270 m，煤厚2.2 m，原设计留20 m的区段煤柱护巷，现采用粉煤灰高水充填材料进行巷旁充填，回收了护巷煤柱17226 t；节省新掘另一条巷道费用，约为161万元。而采用粉煤灰高水充填材料进行巷旁充填的成本仅约为60万元，由此可见，该充填材料仅在一个工作面应用就为矿井增加100万元的煤炭收入。不仅如此，粉煤灰高水材料充填体有效控制了围岩的变形，达到了高效回采的目的，并且还能起到隔离有害气体及发火危险区域的作用。

参考文献：

[1]王谦源，曹春蕾，李 洋.我国充填采煤的发展与关键技术[J].矿业研究与开发，2013,33(2).

[2]勾密峰,管学茂,张海波. 粉煤灰巷旁充填胶凝材料的制备与机理分析[J].煤矿安全,2009(12).

[3]冯建华,冯 杰. 高水材料与粉煤灰封堵采空区灭火[J].煤矿安全,2004(4).

[4]李建辉,冯光明,宁 帅,等. 综采沿空留巷巷旁支护技术与应用[J]. 中国矿业,2009(3).

[5]王海龙，郭惟嘉，陈绍杰，等.煤矿充填膏体力学性质试验研究[J].矿业研究与开发，2012,32(4).

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

[7]武继雷. 沿空留巷巷旁充填体宽度计算与分析[J]. 安徽建筑工业学院学报,2013,21(2):54-57.