巷道冒顶区轻质无机材料充填技术研究_冯笑.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 巷道掘进或使用过程中， 受到地质构造、 支护不 当、 采动影响、 风水侵蚀等影响， 容易发生冒顶事故， 在顶板形成空洞， 空洞通常伴有瓦斯积聚， 造成严重 安全隐患。煤矿对冒顶区常用的处理方式是， 等顶板 充分冒落后， 在空洞内进行锚杆索补强支护， 使顶板 进入稳定状态， 空洞内采用罗克休泡沫充填。罗克休 泡沫具有发泡迅速、 膨胀率高、 强度增长快等优点， 但 是为有机材料， 成本高昂， 且反应温度高， 自身可燃， 在瓦斯集聚区使用存在较大安全隐患， 大多数矿井已 经禁用[1～2]。本文以大磨岭煤矿冒顶区为研究对象， 进 行轻质无机材料充填技术研究。 1工程概况及特性分析 1.1工程概况 大磨岭煤矿开采二 1 煤层，属于典型的鸡窝煤， 赋存情况变化大， 煤厚 0～10m。回采顺槽 32051 巷设 计宽度 5m， 高度 3.5m， 岩煤层底板掘进， 顶板条件变 化大， 且极不稳定， 掘进时迎头冒顶严重， 顶板冒落高 度 3m～10m，在巷道后方形成较多的冒顶超高区， 对 巷道安全使用造成较大威胁， 必须进行充填处理。 将 1 冒顶区作为试验对象， 影响长度 8m， 冒落 高度 6m， 如图 1 所示。 图 1 1 冒顶区示意图 1.2工程特性 巷道冒顶区充填工程特性如下 1 ） 小型充填工程。 充填方量小， 材料消耗少， 施工 周期短， 采用井下泵送方式； 2 ） 空洞内瓦斯积聚。充填体反应温度应尽量低， 充填体长期使用不出现开裂、 漏风； 3 ） 充填体基本不承压。 空洞内主要依靠锚杆索支 护， 充填体的作用是充填空间， 强度要求低； 巷道冒顶区轻质无机材料充填技术研究 冯笑 （霍州煤电集团鑫钜公司 ， 山西 霍州 031400 ） 摘要 针对罗克休泡沫充填存在的安全隐患和不足， 在分析冒顶区充填工程特性的基础上， 采用轻 质无机材料， 在大磨岭煤矿 32051 顺槽 1 冒顶区进行充填试验。 结果表明 轻质无机充填材料凝固速 度快， 最高反应温度 35C， 充填体密度 0.6t/m3， 能够主动膨胀接顶， 避免开裂破碎， 克服了罗克修泡 沫反应温度高、 可燃等缺点； 与罗克休泡沫相比， 充填材料成本节约 80； 窥视结果表明， 充填体与顶 板紧密贴合， 6 个月顶板未发生明显下沉， 效果良好。 关键词 冒顶区 ； 轻质 ； 无机材料 ； 反应温度 中图分类号 TD728文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0117- 02 Study on Filling Technology of Light Inorganic Materials in Roof Falling Area FENG Xiao （Huozhou Coal and ElectricityGroup Xinju Company, Huozhou031400 ， China ） AbstractIn view of the safety hazards and shortcomings of Rockwell foam filling, based on the analysis of the characteristics of the filling project in the roofarea, the lightweight inorganic material was used to carry out the filling test in the No. 1 rooffalling area ofthe 32051 road- way of Damoling Coal Mine. The results showthat the light inorganic filling material has a fast solidification speed, the highest reaction tem- perature is 35 C, the filling body density is 0.6t/m3, and it can actively expand and splicing to avoid cracking and breaking, which over- comes the disadvantages of high temperature and flammability of Rockwell foaming reaction; Compared with the Rockwell foam, the filling material cost is saved by80; the peepingresults showthat the fillingbodyis closelyattached tothe top plate, and the roofdoes not sink sig- nificantlyin 6 months, and the effect is good. Key words rooffallingarea ; light ; inorganic material ; reaction temperature 117 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 4 ） 充填体凝固速度快。 顶板空洞充填为防止漏浆 严重， 应满足快速凝固的特性； 5 ） 充填体密度小。充填体应满足轻质特性， 避免 过重自身发生冒落。 2充填技术方案 2.1泵站布置 在冒顶区附近布置泵站，包括 1 台 ZBYSB40/22 - 7.5kW液压注浆泵 1 台， QB250 气动搅拌桶 2 个， 相 应风水、 注浆管路及配件。 2.2 模板支设 在冒顶区下方支设平台， 采用预先将注浆钢管和 返浆管固定在空洞内最高处，依次铺设双层风筒布、 十字钢筋网， 下方及边缘采用单体柱固定支撑。如图 2 所示。 图 2模板支设示意图 2.3轻质充填材料 河南理工大学研发的轻质无机充填材料， 分为 A 型和 B 型， 使用时加水搅拌， 水灰比 41。混合后约 2min 完全失去流动性， 40min 终凝，最高反应温度 35C， 2h 即具备 0.5MPa 强度， 7d 强度 1.5MPa。 材料当中加入物理发泡剂和玻璃纤维，膨胀率 30， 可以有效主动接顶， 与顶板紧密贴合， 玻璃纤维 增加了充填体韧性，提高受压变形能力和残余强度， 避免破碎开裂。充填体最终密度约 0.6t/m3。 2.4充填工艺 A型和 B型材料分别搅拌制浆， 通过液压注浆泵 输送混合， 通过注浆管注入冒顶区空洞内， 当返浆管 返浆时， 停止充填作业， 关闭注浆管和返浆管截止阀， 等待充填体凝固。 充填过程中其余区域出现漏浆时，可短暂停泵， 依靠材料速凝特性和人工辅助堵漏， 堵漏成功后重新 开泵。 3效果考察 1 冒顶区使用轻质无机充填材料 7 吨，单价 2000 元 /t， 材料消耗 1.4 万元， 与罗克休泡沫相比， 成 本节约 80。 充填完毕 1 天后， 自充填体下方不同位置向上垂 直打 2 个窥视孔， 孔径 28mm， 孔深 10m。钻孔窥视结 果表明， 充填体与顶板紧密贴合， 未发现空隙， 充填效 果良好。 在冒顶区布置表面位移观测点持续观测，观测 周期 6 个月， 顶板未发生明显下沉， 表明充填体结构 稳定。 4结论 1 ） 冒顶区巷道超高， 空洞内瓦斯积聚， 对巷道安 全使用造成重大威胁。 2 ） 轻质无机充填材料凝固速度快， 最高反应温度 35C， 充填体密度 0.6t/m3， 能够主动膨胀接顶， 韧性 高避免开裂破碎，克服了罗克修泡沫反应温度高、 可 燃等缺点。 3 ） 与罗克休泡沫相比， 充填材料成本节约 80， 窥视结果表明，充填体与顶板紧密贴合， 6 个月未发 生明显顶板下沉， 效果良好。 参考文献 [1] 李俊生， 杜磊， 马晓川.大断面巷道掘进过断层冒顶处理 技术实践[J].煤炭技术， 2018， 37 （5） 81- 85. [2] 赵仁乐， 张国朋， 段会玲， 等.断层破碎带冒顶巷道支护技 术研究[J].煤炭工程， 2018， 50 （3） 42- 56. 作者简介 冯笑 （1991-） ， 男， 山西霍州人，2015 年毕业于安徽理工 大学， 工学学士， 现就职于霍州煤电鑫钜公司技术研究所从 事采掘和安全管理方面的工作。 （收稿日期 2019- 5- 7） 118 ChaoXing