无机材料充填空巷技术和应用效果分析_张煜.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：通过分析过空巷时空巷充填强度、煤机对煤壁片帮和顶板冒落的控制效果，确定了合理的无机材料料灰比，最后将研究成果应用到兴无煤矿1 1 0 1采面。运用效果证明：无机材料充填过空巷技术可以保持空巷围岩结构的稳定，确保采面安全快速地通过空巷。关键词：综采面过空巷；空巷充填；无机材料；顶板控制中图分类号：TD8 2 3.8文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 0 1 6-0 3Analysis on Technology and Application Effect of Packing Abandoned Roadway with Inorganic MaterialsZhang Yu(Dept.of Resources and Safety Engineering,Shanxi Engineering Vocational College,Taiyuan,Shanxi 030001)Abstract:Based on the analysis of the filling strength of abandoned roadway while crossing abandoned roadway and the controleffect of the coal machine on rib spalling and roof caving,the paper determines the reasonable material cement ratio of inorganicmaterials,and applies the research results to the 1101 face of Xingwu Colliery,whose application results show that the technologyof inorganic material filling through the abandoned roadway can keep the stability of the surrounding rock structure of theabandoned roadway and ensure that the mining face can pass through the abandoned roadway safely and quickly.Key words:fully mechanized coal face crossing abandoned roadway;abandoned roadway packing;inorganic materials;roofcontrol无机材料充填空巷技术和应用效果分析张 煜（山西工程职业学院资源与安全工程系，山西太原0 3 0 0 0 1）1采面概况兴无煤矿1 1 0 1采面推进过程中需要通过数量众多且复杂的老空巷、高冒巷和小采区采空区，如图1所示。1 1 0 1采面内的空巷沿4#煤层底板留顶煤掘进，采用木棚支护，现木棚早已腐化，为裸巷，没有任何支护，两帮煤体松散，极易片帮，空巷部分地段煤层顶板冒落严重。2过空巷技术简介无机材料充填过空巷技术有效地支撑了空巷的顶板和两帮。当采面穿越巷道时，无机材料固结形成的充填体具有较大的承载能力，能支撑顶板，并传递液压支架的支撑阻力。充填体具有良好的变形性能。在超前支护压力作用下，可适当变形使其承压，采煤机直接切割充填体，上部充填体成为图11101采面空巷位置1 6江西煤炭科技2023年第1期直接顶板1-2，使采煤工作面能快速安全通过老采区空巷3-4。3空巷充填工业性试验3.1空巷充填技术参数确定无机材料的料灰比越小，固结后强度越高5-6。在相同料灰比条件下，强度随时间增加而增大，一般在7d左右达到最终混凝强度。无机材料的性能特性如图2所示。图2无机材料固结体三相受限时各龄期强度随时间变化考虑支护应力、强度及技术经济效益，由图2可知，当无机材料的含水量为9 5.9%（料灰比7:1）时，7d后材料的三轴抗压强度达到1M P a以上。最终确定无机材料的料灰比为7:1。3.2空巷充填施工方案确定由于空巷长度较长，将每个3 0m的空巷划分为一段，分别记为、等，依次填充。每段设置挡浆墙，以防浆液蹿动。随着填充的进行，逐渐增加分区高度。一段填满后，为保证空巷通风，需安装局部通风机。在充填过程中，在空间较大的情况下，如高风险或小采区，采用同样的方法进行封闭充填，如图3所示。图3空巷分段充填3.3充填工艺与系统无机物料分为A、B物料两部分，按1:1的比例，需加水搅拌输送，A、B物料单独搅拌，输送时不固化，搅拌混合后可快速固化。充填系统:搅拌桶分别搅拌A/B料浆，双液泵分别压制两种料浆，双高压管道输送料浆。注浆设备配置布置如图4所示。无机材料的填充过程如图5所示。图5无机材料充填工艺流程4矿压监测及分析兴无煤矿1 1 0 1采面空巷充填后，进行了矿压观测，以检验充填的效果，消除采面在过空巷过程中发生顶板跨冒的安全隐患。空巷充填以后，当采面距离空巷距离较远时，影响相对较小，越近空巷受力较大。矿压观测主要是了解采面采至不同位置时，前方的压力分布规律，分析空巷充填后的实际效果。4.1矿压监测内容监测两巷的围岩形变量和1 1 0 1采面的压力变化。巷道形变量直接设点测量。支架压力使用Y H Y-6 0液压支撑力测试仪测定。在回采过程中，每隔1 0m监测一次压力。4.2矿压观测结果分析（1）巷道表面位移监测不同方式下顶底板移近量与两帮移近量变化曲线如图6所示。（a）皮带巷顶底板及两帮移近量（b）轨道巷顶底板及两帮移近量图6顶底板及两帮移近量变化曲线从图6可以看出:轨道巷变形较大，皮带巷变形较小。当采面与空巷距离大于2 5m时，位移变化相对平缓。当采场与空巷距离小于2 5m时，特图4注浆设备配置布置1 7江西煤炭科技2023年第1期别是小于10 m后，位移显著增大，但总体的位移形变量控制较好。（2）采面液压支架受力分析对1 1 0 1工作面液压支架进行监测，监测回采过程中液压支架平均压力变化情况，如图7所示。工作面距离空巷距离/m图7采面距空巷不同距离液压支架压力如图7所示，当工作面距空巷距离大于4 0m时，平均工作阻力约为3 4.3M P a。当工作面距空巷距离为2 0 4 0m时，支架阻力增大。液压支架阻力最大达到3 9M P a，压力总体变化不大。工作面继续推采液压支架压力恢复到正常值，说明充填巷效果好。5结论1）运用无机材料充填通过空巷技术可以保持空巷围岩结构的稳定，无机材料充填体可以有效控制巷道的位移形变。2）无机材料凝结的凝结固体拥有较好的承载强度，可以支撑顶板，对围岩有良好的支撑效果。参考文献：1 穆三奴，赵涛，胡鑫印.充填技术在自动化薄煤层采面中 过 空巷 研究 及应 用 J.徐州：能 源技术与 管 理，2 0 1 9，4 4（3）：9 1-9 2，9 8.2 熊祖强，范传河，袁印.空巷似膏体材料充填技术研究J.北京：煤炭科学技术，2 0 1 5，4 3（5）：1 3-1 6 3 孙秋荣，胡鑫印.李堂煤矿薄煤层开采沿空留巷技术研究与应用J.北京：中国煤炭，2 0 2 0，4 6（2）：1 0 0-1 0 5.4 冯志强.破碎煤岩体化学注浆加固材料研制及渗透扩散特性研究D.北京：煤炭科学研究总院，2 0 0 7（6）.5 邰阳，郝德永，李俊孟，等.固体充填开采上覆巷道围岩变形规律研究J.北京：煤炭科学技术，2 0 1 6，4 4（3）：3 3-3 8，5 4 6 陈勇.沿空留巷围岩结构运动稳定机理与控制研究D.江苏：中国矿业大学，2 0 1 3（6）.作者简介：张 煜（1 9 9 2），男，山西平遥人，2 0 1 5年于中国矿业大学（北京）矿业工程专业，助教，从事煤矿开采技术教学与研究工作，现为山西工程职业学院资源与安全工程系教师。收稿日期：2 0 2 2-0 5-1 6编辑：岑代全3 4.2%，变形量整体可控，说明基于内外应力场分布规律的巷帮支护体系能够较好地协调、控制围岩变形。4结论1）通过基本顶断裂模型建立了内外应力场、钻屑量、基本顶破断位置三者统一的验证评估方式。基本顶断裂位置位于内外应力场的分界处，所以该段在钻进过程中煤粉含量会呈现“高-低-高”波动变化趋势。2）9 2 0 2进风巷钻孔钻进过程中钻屑量的两个低值区分别为1 2m段、4 7m段，高值区分别为2 4m段、7 1 0m段，基本顶破断位置位于7m位置。3）根据钻屑量的测定结果，工作面采用高强度2 2mm24 0 0mm锚 杆 和2 1.8mm42 0 0mm锚索的配套支护体系，根据现场监测结果，两帮最终的累计移近量为12 0 0mm，占巷道设计宽度的3 4.2%，变形整体量整体可控。参考文献：1 肖健，陈学习，单文选，等.上保护层开采遗留区段煤柱现存状态研究J.北京：煤炭工程，2 0 2 2，5 4（2）：1 1 0-1 1 5.2 徐慧刚.新元煤矿9 1 0 4工作面沿空巷道合理区段煤柱分析J.邹城：煤矿现代化，2 0 2 2，3 1（1）：1 0 6-1 0 9.3 陈晓东.台头前湾矿3 2 0 6回风巷道区段煤柱合理宽度分析及支护技术研究J.长治：煤，2 0 2 1，3 0（1 2）：5-8.4 赵科研.大同煤田特厚煤层小煤柱开采研究与应用J.长治：煤，2 0 2 1，3 0（1 2）：3 6-3 7，4 0.5 李天龙.孤岛工作面区段煤柱承载特性演化规律研究J.长治：煤，2 0 2 1，3 0（1 1）：8 3-8 7.6 涂敏，林远东，张向阳，等.大空间孤岛采场覆岩结构演化与区段煤柱合理宽度研究J.徐州：采矿与安全工程学报，2 0 2 1，3 8（5）：8 5 7-8 6 5.作者简介：王宏伟（1 9 8 7），男，采矿工程专业，本科学历，采矿工程师，现任职于山西新元煤炭有限责任公司。收稿日期：2 0 2 2-0 5-0 7编辑：彭呈喜（上接1 5页）1 8