高水材料巷旁充填沿空留巷技术研究与应用.pdf

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1、煤炭科技开拓与开采高水材料萱旁充填沿空留蕾技市研穷与应用摘分析了的问题关中潘海良卢志敏(冀中能源邯矿集团陶一煤矿，河北省邯郸市，0 5 6 1 0 9)要简要介绍了邯矿集团陶一煤矿1 2 7 0 1 工作面沿空留巷的设计方案和实施过程，高水材料巷旁充填沿空留巷与传统留巷方案相比具有的优点，指出了方案实施中存在键词沿空留巷高水材料巷旁充填图分类号T D 3 5 3 7文献标识码BR e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fh i g hw a t e rc o n t e n tm a t e r i a lf o rr o a d s i d ep

2、a c k i n gt og ow i t hg o b-s i d ee n t r yr e t a i n i n gt e c h n o l o g yP a nH a i l i a n g L uZ h i m i n(T a o y iC o a lM i n e，H a n d a nC o a lM i n i n gG r o u p，J i z h o n gE n e r g yG r o u p，H a n d a n，H e b e iP r o v i n c e0 5 6 1 0 9，C h i n a)A b s t r a c tF r o mt h e

3、a n g l e so fc o a ls e a mo c c u r r e n c e，r o c kc h a r a c t e r so fr o o fa n df l o o rs t r a t a，g e o l o g i c a lt e c t o n i c s，h y d r o l o g ya n dt h ed a m a g e sl e f to v e rb ys m a l lc o a lm i n e s，t h i sp a p e rp r e s e n t sab r i e fi n t r o d u c t i o nt Ot h

4、 eo v e r a l lg e o l o g i c a lc o n d i t i o n so f#12 7 01c o a lf a c ei nT a o y im i n e，H a n d a nM i n i n gG r o u p A l s od e s c r i b e da r et h ed e s i g ns c h e m ea n di t si m p l e m e n t a t i o no ft h eg o b s i d ee n t r yr e t a i n i n gp r o j e c ti n#1 2 7 0 1f a

5、c e Ac o m p a r i s o nm a d eo ft h eu s eo fh i g hw a t e rm a t e r i a l si nr o a d s i d ep a c k i n ga n dt r a d i t i o n a lg o b s i d ee n t r yr e t a i n i n gp r a c t i c er e s u l t si na d v a n t a g e so ft h ef o r m e ro v e rt h el a t t e r T h ep a p e ra l s op o i n t

6、so u tt h er e m a i n i n gi s s u e si nt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ed e s i g ns c h e m e K e yw o r d s g o b s i d ee n t r yr e t a i n i n g，h i g hw a t e rc o n t e n tm a t e r i a l，r o a d s i d ep a c k i n g冀中能源邯矿集团陶一煤矿资源严重不足，可采储量只有2 8 0 多万t，而且都在铁路和村庄下，属建筑物下开采。工作面巷道在掘进过程中，由

7、于受火成岩侵入及小煤窑破坏严重，进度缓慢，采掘衔接紧张，且这些工作面都在七采区的深部，瓦斯含量比较高，瓦斯管理难度较大，为了有效解决这些问题，陶一煤矿与中国矿业大学合作在七采区1 2 7 0 1 工作面实施沿空留巷新技术，合计留巷4 5 0m。经矿压观测结果证明，该技术在该工作面使用效果好，是比较成功的。1 工作面概况1 2 7 0 1 工作面位于矿井七采区南翼，走向长度为4 5 0m，倾斜长度为1 2 5m，面积为5 6 2 5 0m 2。工作面开采无煤与瓦斯突出现象，煤尘无爆炸倾向。4 81 1煤层赋存及其顶底板岩性(1)煤层赋存情况。工作面所采28 煤层为一单斜煤层，成煤期为二叠系下统山

8、西组；煤层倾向9 5 1 1 5。，倾角9 1 8。，由于受火成岩侵入挤压，煤层倾角变化较大；2 8 煤层为高变质无烟煤，质地坚硬；平均煤厚2 3m，顶板向下2 1m 左右含1 层夹矸，夹矸岩性为泥岩，厚0 2m 左右，夹矸下煤厚0 2m 左右。(2)煤层顶、底板岩性。老顶为粗粉砂岩，厚度1 3 3m，灰黑色，含大量植物化石，钙质胶结；直接顶为细砂岩，厚度7 6m，灰黑色，钙质胶结，以石英为主，含黄铁矿，具断续斜层理，易破碎，局部变为粉砂岩。底板为闪长岩，厚1 0 6 1m，灰白色，以闪长石为主，呈岩床侵入，含大量黄铁矿。1 2地质构造中国煤炭第3 5 卷第8 期2 0 0 9 年8 月 万方

9、数据在掘进过程中共揭露7 条断层，均为高角度正断层，落差在1 0 3 0m 之间，具体产状及落差见表1。表1 断层产状及落差表断层嗲慧向畛黔断层m 落差鬈霍F 1F 2F 3F 4F 5F 6F，3 3 23 0 53 2 43 0 53 3 23 3 23 3 25 45 56 07 07 06 06 51 82 41 O2 13 02 O1 1为2 5m(高度随着工作面的采高随时调整)。正断层正断层正断层正断层正断层正断层正断层1 0由于受火成岩侵入影响，煤层及顶底板受挤压后易破碎，尤其断层附近。本地区火成岩床状侵入煤层底板，成为煤层直接底板，侵入现象无规律可循。1 3水文地质与小窑破坏情

10、况工作面主要含水层为底板火成岩和顶板砂岩，顶板淋水量为5m 3 h，预计回采中最大涌水量为1 5m 3 h；底板火成岩涌水量目前为7 0m 3 h，预计回采中最大涌水量为1 0 0m 3 h，工作面回采中预计最大涌水量2 0 0m 3 h；在运输巷道靠近七采区轨道下山附近揭露小窑老巷，据实测无积水，但有瓦斯积聚，顶板破坏严重。2 沿空留巷的方案制定2 1巷道掘进前的设计在1 2 7 0 1 运输巷道开始掘进前，对1 2 7 0 1 运输巷道的支护进行了设计，选择合理的支护参数，增强巷道支护强度，特别是下帮的支护，下帮支护由原来的点锚杆变为巷帮加上拐角梁，使帮梁和巷道顶梁形成一个整体，同时调整下

11、帮顶角锚杆的角度，以保证巷道下帮的支护强度，确保将来的留巷能够成功。1 2 7 0 1 运输巷道的规格为4 5m X 2 7m，巷道采取锚梁网支护，顶锚杆为长2 4m、直径为2 2m m 的高强左旋螺纹钢锚杆，帮锚杆为直径2 0m m、长2 2 0 0m i n 的圆钢锚杆，锚梁为直径1 6m r n圆钢弯制成的梯子梁，锚索为直径1 5 2 4m m、长7m 的钢绞线。工作面运输巷道断面如图1 所示。2 2 留巷的设计2 2 1充填体尺寸的确定根据数据计算和考虑到现场实际情况，并考虑充填袋的加工便利，充填体的形状确定为矩形，其中沿巷道走向长为2 0m，沿倾向宽为3 0m，高高水材料巷旁充填沿空

12、留巷技术研究与应用图11 2 7 0 1 工作面运输巷道断面图2 2 2 充填设备的选择(1)充填泵的选择：充填泵选用湛江产的型号为Z B S B-1 4 8 2 3 6 1 8 5 的煤矿用双液变量注浆泵。(2)充填输送管路为两趟直径0 2 5m m 的铁管，混合管为0 2 5m m 的高压胶管，长1 0m。管子之间采用高压快速接头连接。(3)混合器采用外置式混合器，外置式混合器结构相对复杂，但其混合效果比内置式好，且可重复使用。2 2 3锚栓置入充填体的作用在充填开始后不久，在充填体内加入了锚栓。锚栓置入充填体可大大提高其承载与抗变形能力。数值模拟表明，充填体中加入锚栓后，可使其两侧表面由

13、二向受力状态变成三向受力状态，充填体支护强度大大得到提高。在锚栓给予充填体一定的侧向限制力的作用下，可保持充填体的完整性，可大大提高充填体峰后残余承载能力，特别是横向抗变形能力。相似材料物理模拟证明，在充填体内布置锚栓加固后，当锚栓密度从无提高到8 根4 0 0c m 2，等效内摩擦角从3 0 9。提高到3 9 8。，等效粘结力从0 0 1 5 9M P a 提高到0 0 1 9 8M P a，软化模量从2 9 0M P a 提高到4 2 1M P a。可见锚栓加固效果十分明显。2 2 4充填材料的选择4 9 万方数据巷旁充填材料性能高低在沿空留巷巷旁充填中具有非常重要作用，它往往决定着沿空留

14、巷的成败。根据沿空留巷矿压显现规律，用于巷旁充填的材料应具有支护强度高、速凝且早强、可缩量大、残余强度高以及密闭性能好等性能。巷旁充填体的强度高低直接影响沿空留巷围岩的稳定性。构筑的充填体应能及时提供足够的支护强度，以控制上位岩层相互间不致于有大的离层，并使直接顶与部分老顶在回转的过程中断裂，有效地减少顶板下沉量与作用在巷内支架上的载荷，为留巷成功提供保证。由中国矿业大学研制的Z K D 型高水速凝充填材料是理想的巷旁充填材料。该材料由甲料、乙料两种组分构成。甲、乙料以重量比1：1 配合使用。其中甲料是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

15、凝早强剂等混磨而成。Z K D 型高水速凝充填材料性能可根据具体条件进行配制与调整。针对1 2 7 0 1 工作面采高大、充填体接顶相对困难的特点，选用袋装净浆材料进行充填，以使充填体接顶密实。根据数值计算分析，充填体使用的水灰比确定为2：1。巷道留巷宽度为2 5m，高度不低于2 2m。3 施工工艺流程充填工艺的基本工艺流程如图2 所示。搅拌桶加水开泵供水清洗设备压壅圆结束检查模板整体架设情况图2 充填工艺基本工艺流程图充填前，首先向搅拌桶内蓄水至所需水位，然后启动搅拌桶，待搅拌桶启动之后向桶内加料，将料加入桶内之后搅拌3 5m i n 之后开始向充填点供料。充填点接到供料通知后，严密监控出料

16、情况，待料均匀之后将混合管插入充填袋内开始充填。充填结束之后，泵站开泵供清水，冲洗管路并5 0清理充填点，待所有东西收拾整理好之后，充填即可结束。4 充填的技术经济指标分析4 1高水材料与传统留巷方案相比传统的留巷方式主要有在巷旁架设木垛、密集支柱、矸石带或混凝土砌块等，它们各有优缺点。如：木垛巷旁支护具有稳定性好、劳动强度相对较小的优点，但存在增阻速度慢、可缩量大、支护阻力小、巷道控顶宽度大、木材消耗量大、不能密闭采空区以及留巷效果较差等缺点；密集支柱留巷与木垛相比，具有可缩量小、早期支撑性能较好、巷道控顶宽度小、切顶效果较好的优点，但存在可缩量与支护阻力小、稳定性较差、木材消耗量大以及也不

17、能密闭采空区缺点，留巷效果也不理想；与前两者相比，用矸石带留巷法可节省木料，稳定性较好，但往往因可缩量大、前期支护阻力较小，不能及时控制顶板，造成顶板下沉量较大，此外也存在劳动强度大与密闭采空区效果差的缺点；用混凝土砌块法留巷，其前期支护阻力一般较大，增阻速度快、切顶与采空区密闭效果都较好，但存在可缩量小、成本高、劳动强度大以及辅助运输环节复杂缺点，应用受到很大限制。上述留巷方法的支护阻力以及可缩性等与沿空留巷围岩变形的适应性都较差，密闭采空区效果也差，对巷道维护、防采空区漏风以及防自然发火不利，特别是机械化程度低的缺点阻碍了这些技术的推广与应用。从应用效果看，这些技术适宜于条件较好的薄及中厚

18、煤层中，反之则难以适应。随着高水速凝充填材料的开发成功，留巷技术水平得到了大幅度提高，因其凝固速度快、早期强度大、增阻速度快、密闭采空区效果好、留巷效果佳及水用量大、固体料用量少、易于泵送、机械化程度高、劳动强度低，具有较好的发展前景。4 2 与新掘进巷道相比沿空留巷综合成本(包括人工、材料等)每米约3 0 0 0 元，而目前掘进巷道综合成本(巷道断面为4 5m 2 6m)约4 5 0 0 元，每米可节约资金1 5 0 0 元，另外可以解放两个工作面之间的煤柱，煤柱宽度按1 0m 计算，高度按2 3m，工作面走向长按5 0 0m 计算，可以多回收煤炭资源2 万t，可创经济效益7 4 0 万元，

19、可获利润2 0 0 万元，经济效益十分可观。(下转第7 2 页)中国煤炭第3 5 卷第8 期2 0 0 9 年8 月 万方数据4结论矩形巷道中的电波传输具有很强的波导效应，从研究中，可以得出如下结论。(1)电波的截止频率随着巷道截面积的增大而减小，即巷道的截面越大，越有利于电波的传播。(2)如果传播电波的频率低于截止频率，则衰减只和传播频率有关，随着传播频率的增加，衰减将逐步减小。(3)巷道壁的电导率越小，在同一频率下，衰减也越大。在3 0 0M H z 以内，随着频率的增大，衰减也有所增大。T E 波更适合在巷道中的传播。(4)如果传播的电波频率高于截止频率，则衰减和巷道的截面和电导率都有关

20、系；而且如果衰减随着巷道壁固有阻抗的平方根值的增加而增加，那么，电磁波的衰减将和巷道的截面尺寸关系更大。同时上述结论也适用于其他隧道。参考文献：E l i 孙继平矿井移动通信的特点及现有网络分析E J 煤矿自动化，1 9 9 7(4)2 孙继平，潘涛电导率a 对圆形巷道中电磁波传播特性的影响E J l 煤炭科学技术，2 0 0 6(1 0)E 3 1 毕德显著电磁场理论I-M 北京：电子工业出版社，1 9 8 5 4 比 保罗德隆涅著，王椿年，戴辉森，高怀珍等译漏泄馈线和地下无线电通信 M 北京：人民邮电出版社，1 9 9 8E 5 石庆东矿井无线传输特性研究 D 北京：中国矿业大学(北京)，

21、2 0 0 0E 6 1 孙继平，张长森异型波导截止频率的研究E J 煤炭学报，2 0 0 3(1)-7 1 孙继平，石庆冬矩形隧道中的列车对电磁波截止频率的影响E J 3 电波科学学报，2 0 0 1(1)E 8 孙继平，张长森人对矩形隧道中电磁波传输特性的影响E J 电波科学学报，2 0 0 3(1)作者简介：梁宏(1 9 7 1 一)，男，辽宁省丹东人，工程师，1 9 9 8 年毕业于中国矿业大学通信工程专业，现在国家安全生产常州矿用通讯监控设备检测检验中心从事矿用通讯监控设备检验工作。(责任编辑张艳华)(上接第5 0 页)5 充填过程中存在和发现的问题(1)首先充填最重要的一个环节就是

22、泵站的两种料的配比以及水灰比的掌握，要均匀准确。(2)在充填过程中要时刻观察充填袋中料的凝固情况，发现异常要及时处理。(3)由于运送距离长，再加上甲料相对于乙料来说要粘稠，所以甲料单向阀容易堵塞，造成充填包内只有单料，最终影响充填体的强度，现场表现为充填体遭到破坏。(4)充填人员刚开始操作不熟悉，人员不固定有时也容易造成充填中出现异常情况，而导致影响充填体的强度。(5)由于受到工作面采动影响，充填地点的维护有时不到位，造成充填的空间不足，形成充填体规格小于设计规格，影响充填体的最终凝固强度。现场也表现为充填体遭到破坏。(6)高水材料对环境温度比较敏感，需经常注意调整缓凝剂的用量。7 26 效果

23、评价从对留巷表面位移观测可知，两帮位移量平均小于2 0m m，顶底板相对移近量约3 0 0m m 左右。除个别地段因设备故障以及人为操作不当，引起充填体固结效果差而影响到个别充填垛不太完整以外，整体留巷效果良好，留巷是成功的。采用新型高水速凝充填材料进行沿空留巷技术后，有以下优点：(1)技术含量较高；(2)工艺系统简单；(3)机械化程度高、劳动强度低；(4)水用量大、固体料用量少；(5)充填体速凝早强、增阻速度快；(6)密闭采空区效果好；(7)采煤、留巷工序互不影响；(8)充填体构筑速度快；(9)可缓解采掘衔接紧张状况；(1 0)有利于瓦斯管理；(1 1)矿井服务年限可适当延长，符合煤炭资源可

24、持续发展总体要求；(1 2)该技术具有很好的推广与应用前景。作者简介：潘海良(1 9 5 9 一)，男，汉族，大学本科，采煤工程师，现任冀中能源邯矿集团陶一煤矿副矿长。(责任编辑张艳华)中国煤炭第3 5 卷第8 期2 0 0 9 年8 月 万方数据高水材料巷旁充填沿空留巷技术研究与应用高水材料巷旁充填沿空留巷技术研究与应用作者：潘海良，卢志敏，Pan Hailiang，Lu Zhimin作者单位：冀中能源邯矿集团陶一煤矿,河北省邯郸市,056109刊名：中国煤炭英文刊名：CHINA COAL年，卷(期)：2009,35(8)被引用次数：2次 引证文献(2条)引证文献(2条)1.李孝胜.王军.王世法.曲广龙.夏方迁 机械化沿空留巷工艺技术与新型充填材料实验研究期刊论文-煤矿开采2010(4)2.刘辉.何春桂.董增林.牛争分.张兆江 高水材料充填技术在减小地表沉降中的应用期刊论文-煤田地质与勘探2010(6)本文链接：http:/