综放工作面充填过空硐技术研究.doc

综放工作面充填过空硐技术研究 一、定题依据、任务来源及要求 XX集团XX煤矿为缓解矿井生产接替紧张状况并提高矿井资源回收率，决定在九采区最后一个工作面即12910面回采结束后，开始回收采区下山煤柱。由于采区下山纵贯整个煤柱，且下山之间联络巷又多，所以回采时若对工作面所过空洞仍采用传统的支护方式，即在巷道中支设木垛或密集支柱，则因该支护方式抗压强度低，受压后变形量大，且不能封闭巷道围岩，所以它不能有效的约束巷道围岩变形，回采时顶板管理工作的难度仍较大。为此，我们在回收采区下山煤柱时尝试采用了巷道充填技术，通过巷道技术地应用较好地解决了工作面过空洞时的顶板管理问题，收到了好的技术经济效果。 二、项目研究的内容及完成的过程 （一）、项目研究的内容 该项目主要研究综放工作面过空硐时的空硐支护问题，以及怎样减少空硐的顶板变形量，有效的控制工作面空硐区域内的顶板，减少工作面顶板事故，保证工作面回采工作的正常进行。 （二）、完成过程 1、项目实施的地点及概况 该项目在九采区下山煤柱回采过程中得到了应用，对采区皮带下山和回风下山以及下山之间的联络巷进行了充填，并收到了较好的技术经济效果。下山煤柱回采范围南至12911、12909和12907工作面停采线，北到新配运输下山，东起12910运巷，西至12908副巷，工作面走向长度125m，倾斜长度270m，工作面标高为-251.8-197.8m。 煤层赋存条件为一东向倾斜的单斜构造，煤层厚度稳定在3.8m左右，煤层中有一层粉砂岩夹矸，厚0.15-0.30m，其位置在距顶板2.7-2.9m处，夹矸下部煤厚1.0-1.2m，煤层倾角为10-13度，最大为16度。煤层顶、底板岩性老顶为细粉砂岩，厚度16.64m，灰色，含炭质及黄铁矿，具石脉及煤线；直接顶为炭质泥岩，厚度1.9m，灰黑色，含大量植物化石；直接底为粗粉砂岩，厚度1.3m，深灰色，含植物化石，节理发育，含少量黄铁矿；老底为中细砂岩，厚度3.72m，灰色厚层状，层理面含黄铁矿。 工作面生产工艺工作面采取倾斜长壁仰斜开采法，使用ZF2400/16/24BGA轻型放顶煤液压支架支护，使用SGZ630/220型刮板机运煤，工作面刮板输送机机头采用ZPT2800/16/24A型端头支架支护，机尾采用四对八根长钢梁支护，煤层采放比为10.82，工作面进、回风巷均沿煤层顶板布置，采用U型钢支架支护。工作面作业形式为“两采一准”，每天两个循环，每循环进度为0.5m。 2、完成过程 （1）、充填系统 a、充填泵站 充填泵站设置于九采运输大巷绕道里口，长约20m，宽4.5m，巷道采用U型钢支架支护。泵站设施有两个堆料平台，分别用于堆放甲、乙两种充填材料；设有两对搅拌桶，每个搅拌桶上安装一台搅拌机；安装有两台渣浆泵，铺有轨道通向运输大巷，泵站的一侧设有水沟，并与大巷水沟连通，便于将冲洗设备、管路和搅拌桶的水及时排走；有照明和通讯设施。 b、管路与通信 充填管路设置有两条，分别用于输送甲料和乙料，均由泵站直接通到充填地点。充填管路分别由KJR32高压胶管和2.0英寸无缝钢管组成。充填泵和钢管之间用高压胶管连接，充填钢管与混合器之间也用高压胶管连接，混浆管亦为高压胶管。 清水供应管路为4寸钢管，每个搅拌桶均有独立的供水管，清水管路由七采供水点沿大巷敷设至充填泵站。 通信与供电充填泵站与充填地点之间采取电话联系方式，泵站供电由九采变电所供给。 3、充填工艺与充填技术参数 （1）、巷道充填工艺 由于水力泵送充填工艺泵送距离长（大于1000m），水料混合是在泵站完成，工作环境好且劳动强度低，水料混合后能够得到充分搅拌，因此充填强度均匀，充填质量易于保证，所以我们选择了水力泵送充填工艺，实践证明该工艺完全能够满足巷道充填工作的需求，充填体强度符合设计要求。充填泵站底板标高为-72.9m，充填点的巷道底板标高在-251.8 -197.8m,充填时的泵送距离最大为1130m。充填泵、搅拌桶有关性能指标见下表。 表1 名称/型号 流量m3/h 扬程 m 轴功率 （kw） 质量 （kg） 粒度 （mm） 渣浆泵 40ZJ-I-A17 10 4.4 5.1 121 ≤11 表2 名 称 形 状 高 度 （m） 直 径 （m） 容 积 m3 备 注 搅拌桶 圆柱状 1.4 1.2 1.582 （2）、巷道充填材料及有关参数 由于采区下山巷道已受到两侧工作面采动支撑压力地影响，巷道已发生变形，围岩较破碎，因此这就要求充填材料要具有较好的流动性，能够充实填满巷道和围岩裂缝，且应具有凝固速度快，早期支护强度高，并具备可缩性的特点。实践证明由中国矿业大学研制的ZKD型高水速凝充填材料能够满足充填巷道的顶板控制需求。该材料由甲料和乙料两种组分构成，充填时甲、乙两种料的重量配合比为11，其中甲料以硫铝酸盐水泥熟料为基材，与悬浮剂及少量超缓凝剂混磨而成，乙料是由石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂等混磨而成。另外为降低巷道充填成本，在充填材料中添加了电厂粉煤灰，充填时粉煤灰与甲料和乙料等量加入，充填材料配合比见表3。巷道充填体的凝固时间与抗压强度见表4。 表3 充填材料名称 清 水 甲 料 乙 料 电厂粉煤灰 搅拌桶 甲桶 1.0m3 150kg 150kg 搅拌桶 乙桶 1.0m3 150kg 150kg 表4 水灰比为4.01时高水充填材料性能 初凝时间（min） 抗压强度（MPa） 3d 7d 28d 40 1.0 MPa 1.2 MPa 1.51.8 MPa 三、与原事物比较主要技术和管理关键及创新内容 1、技术及管理关键 该技术关键点在于高水充填材料的凝固时间的把握，如果凝固时间过短则有可能造成充填材料不能够将巷道空硐空间充满，造成空硐仍有变形空间，给日后工作面的推板造成困难，如果充填材料长时间不凝固又会影响到工作面的正常推进，造成影响生产，另外每次充填完毕之后，管路及泵的清理工作尤其重要，必须仔细清理泵及管路，保证下次充填工作的顺利进行。 2、创新点 （1）、首先采用新型高水速凝充填材料对空硐进行充填，并配以廉价的粉煤灰以降低充填成本。采用新型高水材料充填比原来打木垛和注马丽散相比，吨煤成本降低12.56元/吨。 （2）、新型高水速凝材料具有凝固速度快、早期强度大、增阻速度快的特点。 （3）、另外高水材料的固体料用量少、易于泵送，具有机械化程度高、劳动强度低的特点。 （4）、由于充填物为浆体，其流动性较好，所以充填过程中，充填料可以将空硐的每一个角落充满，因此，它可以对空硐周边的围岩提供良好的支撑作用将空硐的变形量降到最低，有利于工作面的顶板管理。另外充填材料可以通过煤体的裂隙和顶板的裂隙扩散和渗透到煤体及顶板围岩中，使松散的煤体及岩体再次重新形成一个整体，减少工作面煤壁片帮和顶板冒顶，为安全生产创造了条件。 四、巷道充填的实践效果 1、巷道充填后，由于充填体的支撑作用使得巷道周围煤（岩）体中的应力重新分布，并使巷道周边垂直应力集中程度降低，从而减轻了支承压力对巷道顶板的破坏，又因充填体与巷道围岩的“紧密结合”，使得巷道在支承压力地作用下围岩发生变形的“自由空间”被消除，从而有效地约束了巷道围岩变形，降低了巷道围岩的破坏范围。这已从工作面开采中所揭露的充填巷道情况得到了证实，即工作面煤壁充填巷道位置及其两侧的顶板比较完整、稳定，利于维护。 2、采区皮带、轨道和回风下山之间的煤柱宽度为1530m，因此当采区下山巷道被充填后，则原被巷道分割得开来的下山煤柱即联成了一个“整体”，相当于增大了煤柱宽度，因此有利于工作面顶板管理。 3、巷道充填与传统的摆木垛、打密集柱相比，施工速度快，劳动强度低且操作简便、安全，支护强度高，成本低。 4、经过空硐的充填工作，从工作面的回采揭露情况看，充填后空硐周边的围岩及煤体基本无变形空间，工作面顶板保持了相对的完整，工作面片帮冒顶现象减少，保证了工作面安全持续生产。 五、经济、社会效益分析 1、经济效益 以往工作面过空洞采取的支护技术为一方面对煤壁进行化学注浆加固，以防煤壁片帮掉渣，另方面预先在空洞架设木垛和支设密集柱。这种传统的支护方法一方面材料费用高，1.0t化学注浆液为3.0万元，坑木消耗量大（1.0m3坑木880元），工人劳动强度高，另方面由于坑木支护抗压强度低，故工作面过空洞期间煤帮顶板维护仍较困难，生产效率低。以2006年12月份，工作面过908引水巷空硐为例，所用化学注浆液为65吨，价值为195万元，坑木消耗为388m3，价值34.14万元，而12月份所产原煤为6.5万吨，经测算，工作面运用传统方法过空洞时，工作面增加吨煤成本为35.25元。 开采九采下山煤柱时，由于采用了新的巷道支护材料和充填工艺，大大减轻了工人劳动强度，且充填材料价格便宜（高水材料每吨600元），抗压强度高，因此提高了工作面生产效率。巷道充填始于2007年元月，工作面从4月份开始过充填巷道，工作面49月份 产量累计完成177364t，预计1012月产量能够完成9.0万t，则工作面412月产量预计完成267364t。19月充填巷道618m，每米充填费用为390元，其中充填料为270元/m，粉煤灰费用可以忽略不计，人工费用为120元/m。经实际测算，运用巷道充填技术工作面过空洞时的吨煤成本为22.69元。综上所述，则该项目19月创造经济效益计算如下 创造经济效益（35.25元/t-22.69元/t）*267364t-390元/m*618m 3117071.8（元）≈311.7万元 2、社会效益 巷道充填技术的应用减轻了工人的劳动强度，且由于巷道充填材料抗压强度高，能够满足巷道支护需求，有利于工作面顶板维护，因此为工作面安全生产奠定了基础。巷道充填工艺简便，易于操作，充填成本低，对充填环境适应性强，而且可通过调整充填材料配合比来改变充填体的抗压强度，以适应不同的矿压开采条件，所以该项目具有很高的推广应用价值。 六、自我评价、存在问题及改进方向 1、自我评价 通过工作面充填过空硐的应用，保证了工作面回采工作的顺利进行，并且为工作面安全生产提供了保障，而且通过该项目的实施，工作面的产量得到了稳定，为全矿全年的生产任务的完成奠定了坚实的基础。 2、存在问题 在充填过程中，由于工人初期操作不当，造成两种材料混合不均匀，影响凝固效果和凝固强度，另外由于所需充填的巷道变形量大，造成充填的人员不能够到达充填点，只能远距离观察，在一定程度上影响到充填的效果。这就需要在空硐变形之前进行充填工作，以到达最好的效果。 3、发展方向 通过综放工作面充填过空硐的应用，可以考虑今后在工作面采空区进行采空区充填，如果采空区充填可以实现，则在今后的煤炭生产上必将产生重大影响。 8