大掺量粉煤灰密闭固化充填技术在云冈煤矿的应用

大掺量粉煤灰密闭固化充填技术在云冈煤矿的应用

0密闭墙开挖的施工技术封闭面带是防止煤层自然燃烧的有效技术之一。封堵技术就是堵塞通往矿井火区的漏风通道、减少向火区供氧的防灭火技术,根据其使用方法,主要分为密闭墙封堵、表面喷涂堵漏、裂隙充填堵漏等。施工密闭墙是堵住通往火区的漏风的重要手段。但是,建密闭需要大量人力资源,劳动强度较高,并且存在安全隐患,在人员难以到达的地点不能施工,并且已经建起的密闭墙在矿压作用下会产生大量裂隙。本文开发了粉煤灰浆液固化密闭充填封堵漏风技术,并在云冈煤矿进行了成功应用,为今后煤自然发火防控技术提供了新的技术借鉴。186巷道围岩锚杆联合支护云冈井田8617工作面采用五巷布置方式,顺槽大致沿煤层倾向布置,切巷大致沿煤层走向布置,垂直于顺槽。工作面轨道顺槽和皮带顺槽沿煤层底板布置,2条工艺巷和顶回风巷沿煤层顶板布置。工作面巷道布置图如图1所示。如图1所示,工作面巷道形状均为矩形,2617巷为机轨合一巷,5617巷为回风运料巷,规格为掘宽3.5m,2617-1及2617-2巷为工艺巷,5617-1巷为顶回风巷。2617、5617巷为见底留顶掘进,2617-1、2617-2、5617-1巷为见顶留底掘进。2617、5617巷采用锚杆、锚索联合支护,锚杆排间距为1.0m×0.9m,钢带垂直巷道布置。5617巷沿巷中布置1排锚索,2617巷锚索在巷道顶板布置2排,间距3.0m,巷道两帮分别布置2排护帮锚杆加聚氨酯塑料网或金属网。8617切巷锚杆支护排间距为1.0m×0.9m,钢带垂直切巷布置,布置2排锚索钢梁,排距为2.0m;2617-1、2617-2及5617-1巷采用锚杆支护,排间距为1.0m×1.0m,托板垂直巷道方向布置。2道路关闭关闭过程2.1灌浆管路的连接分别对2617-1巷道、5617-1巷道、2617-2绕道进行密闭施工并布置灌浆管路,密闭施工前准备工作:在2617巷道靠近采空区一侧施工一道1m厚的料石墙,外侧建立一道板闭,板闭内侧挂风筒布,密封好,料石墙与板闭之间宽约4.5m,连接好灌浆管路。灌浆管路连接示意图如图2所示。分别对2617-2巷道、5617-2巷道靠近采空区施工2道1m厚的料石墙,料石墙内侧挂风筒布,密封好,2个料石墙之间宽约0.5m,连接好灌浆管路进行密闭施工并布置膨胀剂灌注管路,膨胀剂灌浆管路连接示意图如图3所示。2.2膨胀剂灌浆充填粉煤灰和水泥添加比例调节成3∶1,浆液浓度为1∶1,注浆流量控制在30m3/h,胶凝固化添加量为5%,当闭墙内浆液面达到距巷道顶板约30cm时,停止灌注;然后通过膨胀剂添加机向闭墙剩余空间内充填膨胀剂,使膨胀剂与巷道顶板接顶,膨胀剂与清水的混合比例为1∶1。于2013年10月26日起通过对以上5个密闭采取灌浆措施,连续28d对5个密闭进行灌浆充填,,充填封闭8617工作面5个巷道,其中粉煤灰用量为约500t,水泥约80t,胶凝固化剂20t,膨胀剂35t,悬浮剂约15t,清水750t;2013年11月25日结束后,分别对5个密闭墙的密封性及抗压强度进行相关考察,并对密闭充填效益进行了分析。3效果分析3.1密闭墙对比观测灌浆充填工作结束后,对5个密闭内外进行了气体观测。28d后对5个密闭分别进行了取样分析,结果如下:(1)密闭墙的密封性经过近30d的现场观测,密闭墙的密封性较好,膨胀材料全部接顶密实,没有产生漏风裂隙,密闭墙的的氧气浓度均在3.5%以下,没有检测到CO气体;(2)密闭墙的抗压强度2013年12月15日,对5个密闭分别取样进行了抗压强度实验,5个密闭检测结果分别为11.45、11.83、6.85、10.55、6.65MPa;(3)密闭墙的简易性用最简单的两道临时木板就能挡住粉煤灰浆液,在充填加固过程中,浆液流失少,木板闭侧压小,没有发生倒塌现象。3.2工作面放顶煤技术(1)直接经济效益现以云冈煤矿8617工作面建造1道5m厚的密闭墙为例,对以前密闭墙建造的普通工艺和应用新工艺进行了对比。应用新工艺后,降低了工人劳动强度,提高了劳动效率,缩短了施工工期,提高了密闭质量,并且主要加固充填工作均由地面完成,减少了井下材料运输量。经核算,建造一道5m厚度的同规格密闭,采用传统工艺建造约需4.3万元;采用新工艺需2.8万元左右。以典型高产高效现代化矿井工作面巷道布置方式(三巷制)为例,工作面联巷50-100m设1个,工作面永久密闭5个,总计约30个密闭。采用新工艺建造密闭墙每年可节约45万元。(2)间接经济效益云冈煤矿8617工作面主采12#煤,煤层厚度6.1-8.6m,采用单一长壁后退式低位放顶煤综合机械化的采煤方法。由于煤层较硬,采空区遗留有一定厚度浮煤。另外,工作面采用五巷制,即三进二回的通风方式,工作面采空区漏风点多,漏风环境复杂。因此,8617工作面回采期间防火压力较大。工作面回采期间采用以粉煤灰灌浆为主的防火技术措施,分别制定了工作面初采、正常回采、工作面推进不正常以及停采撤架期间防火技术措施,确保了工作面的安全回采。8617工作面可采储量约142万t,每吨原煤按市场价385元计算,间接效益约5.47亿元。3.3充填材料可以变废为宝粉煤灰制浆固化膨胀充填系统自动化程度高、可操作性强、劳动强度低、工艺简单、工作效率高;同时,主要充填加固材料为热电厂粉煤灰,能够变废为宝,减少了对周围环境的污染。粉煤灰制浆固化膨胀充填系统为全封闭式制浆,工人操作的厂房污染较少,减少了粉煤灰对人体和环境的损害。3.4经济效益分析井下灌浆加固主要材料粉煤灰为热电厂废料,材料来源广泛、成本低。增加密闭墙抗压强度的原料为普通硅酸盐水泥,来源广泛。胶凝固化剂、膨胀剂和悬浮剂添加量较小,成本较低。经核算,建造1m3密闭墙直接材料成本仅为300元左右,具有较大的经济效益。粉煤灰制浆固化膨胀充填系统自动化程度高、可操作性强、劳动强度低、工艺简单、工作效率高;同时,主要充填加固材料为热电厂粉煤灰,能够变废为宝,减少了对周围环境的污染。粉煤灰制浆固化膨胀充填系统为全封闭式制浆,工人操作的厂房污染较少,减少了粉煤灰对人体和环境的损害。粉煤灰制浆固化膨胀充填系统装备集制浆、输浆、固化、膨胀充填于一体,既能用于工作面采空区的日常灌浆防火工作,又能对井下巷道进行充填加固,实用性强,建造一道密闭墙的成本不高,推广应用前景广阔。4充填灌浆固结充填技术(1)采煤工作中应及时有效地对工作面采取密闭措施控制巷道漏风,防止因漏风而造成的煤自然发火;(2)利用粉煤灰配置成的高参量粉煤灰浆液固化后能有效封堵工作面漏风,防止煤自然发火;开发的粉煤灰浆液固化密闭充填技术实现了通过地面灌浆设备将灌浆充填材料按比例混合,利用灌浆管网将混合浆液输送至井下密闭内,一次性直接充填加固