混凝土泵送充填在留巷中的应用.pdf
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1、2 6 煤 炭 科 技 C0AL S CI ENCE & TECHNOLOGY MAGAZI NE 2 0 1 0年第 3 期 No 3 2 01 0 文章 编 号 : 1 0 0 8 3 7 3 1 ( 2 0 1 0) 0 3 0 0 2 6 0 3 混 凝 土 泵 送 充 填 在 留 巷 中 的 应 用 朱祥可 , 邓月华 , 谢瑜 。 ( 1 四川达竹煤电集团 金刚煤矿,四川 达州 6 3 5 0 0 0 ;2 重庆大学 资源及环境科学学院,重庆4 0 0 0 3 0 ;3 安全环保与技术 监督研究院 计量检测中心,四川 成都6 1 0 2 1 3 ) 摘要: 合理利用资源, 将煤矿矸
2、 石再次利用作为巷 旁充填混凝土材料, 根据混凝 土材料 的 配 比及性能特征 , 设计 了合理 的巷旁充填支护参数 , 构建 了泵送 混凝土材料 的充填工 艺系 统 , 并对金刚煤矿 3 1 1 7工作面沿空留巷巷 旁充填工业试验进行研 究。试验结果表明 , 在设 计 时间内, 混凝土材料具有 良好的塑性性能, 既能有效地控制 围岩变形 , 适应巷道顶板 的活 动规律 , 又能安全维护和保 留巷道 , 因而是一种理想的沿空 留巷巷旁充填材料 关键词 : 沿空留巷; 混凝土材料 ; 巷旁充填 ; 中厚煤层 中图分 类号 : T D 8 5 3 3 4 文献 标志 码 : B 随着无煤柱开采沿空
3、留巷技术的发展 , 巷旁充填 技术及其应用已越来越受到重视。 沿空留巷需经受两 次采动影响, 矿压显现强烈 , 巷道维护难度大 I 卜 。 沿 空 留巷成功的关键是沿空一侧巷旁支护体的材料和 性能的选择 , 要求增阻速度快, 且具有合理的支护阻 力 , 能切落一定高度的顶板 , 并有较大的变形量适应 沿空留巷剧烈变形, 同时支护成本应低廉, 施工方便 , 这些特性推动着巷旁支护技术的发展。 目前国内普遍 采用木垛 、 密集支柱、 矸石带 、 混凝土硼坎以及高水速 凝材料等 。 本文介绍的是在达竹煤电集团金刚煤矿 进行的混凝土泵送充填井下工业试验研究 , 共充填了 9 0 0m运 巷 , 留巷平
4、均宽 3 1 m。 1 混凝土材料的组成及其性能分析 金刚煤矿应用井下矸石作为混凝土充填骨料 , 将 矸石加工成碎石 , 碎石的最大粒径与输送管的内径之 比应小于或等于 1 : 3 ,卵石则宜小于或等于 1 : 2 5 。 为增加充填体强度和脱水性能 , 采用 由矸石磨细的砂 作为补充骨料 。石子的粒径为 1 0 4 0 I IT I 。 充填所 需 骨料全部来 自于矸石 , 使其既得以利用 , 又减少环境 污染 。水 泥应具有 良好的细度 、 稠度 、 安定性 、 初凝 时 间不宜过早 , 一般选用普通硅酸盐 4 2 5号水泥配制 C 2 0混凝 土 , 水泥用量 2 6 03 6 0 k
5、g m 。影响泵送混 凝土砂率的主要因素是石子最大粒径 、 种类 , 砂石的 颗粒级配 , 水灰比等 1 3 】 。每方材料用量: 水泥 4 0 2 k g , 砂 6 9 8 k g , 碎石 1 0 1 1 k g , 水 2 2 1 k g 。有膨胀剂时掺入 4 0 妇 膨胀剂 , 等量代换水泥, 理论配比: C: S: G: w : A:1: 1 9 3: 2 7 9- 0 6 1 : 0 。 1 1 ,塌落度测定值 : 1 4 0 mm。 根据试验得出, 水泥、 石子、 水和速凝剂的配合比 1 : 4: 0 5: 0 0 7 , 与设计的混凝土强度接近。 C 2 0泵送 混凝土试配方
6、案如表 1 所列 , 砂率为 4 1 。 表 1 C2 0泵送混凝试配 方案 k g l r l 根据有关规定, 试验采用的试件是边长 1 0 0 m m的 立方体, 灰水比为 1 : 0 5 , 1 : 0 6 1 , 过小的水灰比不易泵 送 , 过大的水灰比难以保证强度。 在不同灰砂比、 质量浓 度及不同龄期条体下 , 试块强度测定结果如表 2 所列。 从表 2可以看 出, 当配比相同时 , 各浓度的试件 强度均随着龄期的延长而增加。在龄期为 37 d段 里 , 试件强度增长迅速, 72 8 d内为缓增长。当龄期 相 同时 , 试件 强度均 随着 水泥含量 的增加而增强 。此 外, 充填体
7、强度与砂石性质也存在较为密切的关系。 2 0 1 0年第 3 期 朱祥可等: 混凝土泵送充填在留 巷中的 应用 2 7 表 2 充填体试块单轴抗压强度试验结果 试 件 组 号 配 比, 抗压强度 MP a w a z a s a s a a 4 a z s a 注 : 充 填 料 为 普 通 水 泥 ( 1 5 6 2 O 7 茗) + 骨 料 ( 煤 矸 石 形 成 的碎 石 、 砂 石 ) 。 2 工作面概况及巷旁充填支护 2 1 试验 工作面概 况 留巷试 验在金 刚煤 矿 3 1 1 7 综 采面 运巷进行 。该 面走向长 】 0 6 6i n ,斜长平均 1 3 0m,平均煤厚 1
8、8 6 I n,煤层中夹 0 5 4 m泥岩煤线 , 煤层倾角平均 为 1 1 o 。 3 l 1 7面的直接顶为 2 4 5 IT I 厚泥岩, 老顶为厚 5 8 2 i n 的粉砂岩 ,底板为 3 4 5 m厚的泥质粉砂岩直接底和 3 6 5 IT I 厚 的细砂 岩老底 。 2 2巷旁充填体设计 巷旁充填利用充填体的高阻力支撑垮落带边缘 的顶板载荷 , 分担和减轻巷内支护的受载 _ 4 _ s ; 在工 作面后方 ,由于充填体支护作用沿采空侧切断顶板 , 避免顶板沿巷道煤壁处断裂 ; 在周期来压期间 , 充填 体能承受直接顶冒落时产生的动载荷。 混凝土作为巷 旁充填具有塑性性能, 利用其
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