充填墩柱沿空留巷技术在高河煤矿的应用

充填墩柱沿空留巷技术在高河煤矿的应用

0沿空留巷技术特点传统意义上的空荡荡道路是一条没有翅膀的道路。上、下断面的道路由一定的技术手段留下，并用作下层阶级的道路。该技术能有效解决上、角意识形态沉积的问题，缓解开采和联合输送的紧张矛盾，提高煤炭采收率。先进的沿空留巷技术应具备高强度、密闭性、及时性、方便性、安全性、环保性和低成本7个特点。因此,现场应用沿空留巷技术时要在保证通风的情况下,尽可能地减少充填成本。采用凝固快、强度高、稳定性好的高水充填材料进行充填留巷,可以有效减少留巷成本,并且施工也较为简单[10,11,12,13,14,15]。山西高河能源有限公司以往在综放工作面后方进行留巷时,采用木垛进行护巷,导致坑木消耗量大,且劳动强度高、施工复杂。同时,在顶板支承压力作用下,支护强度较低的木垛易发生失稳破坏,堵塞留巷,起不到原有的风排瓦斯作用。采用凝结快、强度高、稳定性好的高水充填材料进行留巷,具有施工工艺简单、易于操作、可大幅降低成本、经济效益显著等优点。基于此,笔者对高河煤矿高水材料充填墩柱沿空留巷技术进行研究,以期实现高瓦斯矿井沿空留巷。1斯巷回风工作面高河矿井位于山西省沁水煤田东部中段长治勘探区,井田面积65.06km2,矿井设计可采储量340Mt。其中3号煤层为主采煤层,设计可采储量320Mt,为高瓦斯矿井。依据工作面瓦斯涌出量及地质条件,E1302工作面布置2条进风巷和2条回风巷,即辅助运输巷和运输巷进风,回风巷和瓦斯巷回风。该工作面沿煤层走向布置,周边均为未采区,无采空区及积气区。东距该矿井田东边界150m,西为E1303工作面,北为东翼大巷。E1302工作面瓦斯巷和回风巷全长分别为2670、2735m,2条巷道间净煤柱宽为20m,每隔60m布置1个联络巷;E1302工作面运输巷和辅助运输巷全长分别为2680、2769m,2条巷道间净煤柱宽为30m,每隔300m布置1个联络巷。工作面开切眼长230m。为保障工作面回采过程中外U型通风环路畅通,回风巷与瓦斯巷间的联络巷已全部提前密闭,仅留工作面后方的1个联络巷进行通风,将工作面至其后方紧相邻联络巷间的回风巷保留下来,作为联络外U型通风的巷道,当工作面推进到下1个联络巷时,对所留巷及联络巷即进行封闭,并将与工作面后方相邻的联络巷开启。进风侧2条巷道间的联络巷在工作面推过之前不进行封闭,联络巷内为自然风压通风,工作面推过后对其进行封闭。E1302工作面通风系统如图1所示。2高水材料填充支架沿空人行道技术2.1井型钢打设高河煤矿E1302综放工作面在回采期间,一直使用木垛支护沿空留巷技术,所用道木长宽高分别为1500、150、150mm,井字型打设至与巷道顶板相切。此种支护方式工人劳动强度大、坑木消耗量多、施工复杂、施工速度慢,在回采期间,巷道初始留设宽度为1.5m,随着围岩压力的增大,巷道收缩量较大,巷道的留设空间会进一步缩小,支护效果较差。2.2巷旁支护体充填高水材料充填墩柱支护技术有如下特点:①高水材料充填体的力学特性与沿空留巷围岩运动规律相适应。高水充填材料具有足够的支护强度,可使巷旁支护体能够切落足够高度的顶板岩层,使更上位岩层得到采空区冒落矸石的支撑;适量的可缩量可使巷旁支护体满足控顶高度以上岩层的旋转下沉,防止在上位顶板岩层旋转下沉时巷旁支护体被破坏。②充填系统和充填工艺简单、可靠,容易达到充填要求。使用过程中,只需将配料按照配比投入搅拌桶中,使用专用充填泵通过双趟高压管路将等量浆料混合均匀后充入到提前挂好的充填袋内即可,充填系统和充填工艺均较为简单,且容易保证工程质量。3高水材料填充码头立柱，沿空留巷施工工艺3.1充填泵站设备高水充填材料将甲料浆、乙料浆按1∶1的比例配合使用,由于甲料浆、乙料浆单独加水搅拌不凝结,而一旦混合则快速凝结硬化。为防止浆液在搅拌、运输过程中凝结、堵塞管路和充填泵等设备,采用分别搅拌和泵送甲料浆、乙料浆的双液充填工艺,使高水充填材料在充填点混合。现场施工过程中充填泵站设备放置于回风巷距工作面150m处,充填泵站设备包括:1台流量为120~150L/min的双液充填泵、4台搅拌桶(甲料、乙料各配2台,每台搅拌桶容积1.0m3)、5台QBZ-80开关。高水充填材料双液充填泵站及充填点布置如图2所示。3.2施工流程及布置充填的墩柱由钢筋网外套钢筋箍、内置充填袋和高水充填材料构筑而成,该组合结构具备一定支护强度的同时也具有一定的可缩性。施工流程:架设临时支护→吊挂充填袋→套钢筋网→连接网片→上钢箍→配料搅拌→泵送充填→墩柱打设完成。墩柱的布置方式:墩柱直径850mm,墩柱间距800mm。为了保持墩柱稳定性,防止采空区垮落的煤和矸石推倒墩柱,待墩柱施工完成24h后,在巷内墩柱与外帮之间施工戗柱,若有接顶不严密现象,必须先用托板、斜茬等背实,保证接顶严密。4高水材料填充支撑柱，沿空人行道应用效果4.1巷道表面位移观测为了观测E1302工作面回采期间的围岩活动规律,检验留巷效果及墩柱支护参数的合理性,在工作面回采期间设置了相应的测站,对巷道表面位移进行观测。由于E1302工作面回采至回风巷20号联络巷时,开始使用高水材料充填墩柱沿空留巷技术,根据E1302工作面回风巷现场实际情况设置了6个测站,在墩柱支护侧和木垛支护侧分别设置3个测站,对巷道表面位移进行了观测。4.2顶底板移近量巷道顶底板移近量是巷道墩柱支护体变形规律最直观的反映,且顶底板移近量是围岩应力变化的宏观体现,巷道顶底板移近量与至工作面距离的关系如图3所示。由图3可知,木垛侧测站顶底板移近量最大值为286mm,墩柱侧测站顶底板移近量最大值为188mm,而且墩柱最大变形量为65mm;在相同的条件下,高水充填墩柱沿空留巷的顶底板移近量小于木垛沿空留巷,且墩柱自身的变形量不大。因此,从目前的数据观测、巷道控制效果及墩柱变形破坏情况来看,采用墩柱留巷能有效控制巷道围岩变形,同时增大巷道通风断面有利于风排瓦斯,且E1302工作面后方回风巷留巷满足使用要求。4.3沿空留巷效果1)木垛支护沿空留巷费用。每个木垛支护2m,E1302工作面回风巷木垛支护沿空留巷60m,共需30个木垛,每个木垛需要规格1500mm×150mm×150mm的道木50根,1根道木103元,木垛支护沿空留巷60m共需154500元。2)高水充填材料巷旁充填沿空留巷费用。E1302工作面回风巷高水充填材料巷旁充填沿空留巷的设备可长期使用,比较费用时可不考虑;按留巷长60m计算,需要打设36个墩柱,每个墩柱直径850mm,间距800mm,其材料费用见表1。由此可知,高水充填材料墩柱沿空留巷60m比木垛支护沿空留巷少38278元,高水充填材料巷旁充填沿空留巷效果好。5木垛支护支护效果分析1)在相同的地质条件和至工作面距离相同的情况下,墩柱支护的巷道表面位移量小于木垛支护。因此,从观测数据分析结果及现场支护效果来看,墩柱支护优于木垛支护,能够有效地控