沿空留巷高水材料柔模充填体防漏风技术研究_蒋冬生.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 高水材料沿空留巷具有材料用量少、强度增长 快、 设备简单、 施工速度快等技术优势， 在我国已经取 得较为广泛的应用。 此种方式主要是通过单体柱、 木 板等支设刚性模板， 采用抗静电、 阻燃的风筒布缝制 充填柔模袋，用于浇筑墙体。充填墙体除了支撑顶 板， 另外一个关键作用是隔离留巷和采空区， 防止采 空区瓦斯泄露，防止留巷内新鲜风流进入采空区引 起煤层自燃。但是高水材料在灌注过程中具有一定 的流动性，以及其它因素，导致充填墙体与墙体之 间、 充填墙体与顶板之间， 并不能紧密贴合， 尤其是 在顶部位置存在漏风通道， 威胁留巷安全。 本文以成 庄矿高水材料柔模袋沿空留巷为工程背景，研究防 漏风技术。 1工程简介 山西省晋煤集团成庄矿 4311 工作面回采 3 煤 层，采用走向长壁后退式放顶煤采煤法，机采高度 3m， 放煤高度 3.3m， 工作面布置 3 条顺槽， 43111 巷 为轨道巷， 43113 巷为运输巷， 43112 巷为回风巷， 均 沿煤层底板掘进， 如图 1 所示。 计划进行沿空留巷的是 43113 巷， 采用高水充填 材料， 远距离管路输送沿空留巷， 高水充填材料为河 南理工大学研发双液充填材料，使用水灰比 1.5 1， 8min 左右失去流动性， 20min～30min 终凝， 2h 强度 2.8MPa， 1d 强度 4.8MPa， 7d 强度 8.2MPa，通过两趟 单液管路输送至充填点，接混合管将两种浆液混合 进行浇筑充填。 模板支设采用木点柱、 单体柱、 木板、 钢筋网形成刚性模板，中部吊挂风筒布制作的充填 柔模袋， 将柔模袋顶部吊环吊挂在顶板钢筋网上， 柔 模袋长度 3m，宽度 2m，高度 3.2m，并预埋对穿钢 筋， 模板支设如图 2 所示。模板构筑完毕， 将混合输 浆管插入柔模袋顶部预留的袖口内， 开始充填作业， 柔模袋充满后， 将混合管拔出， 封闭顶部袖口， 柔模 袋充填结束。 图 14311 工作面巷道布置示意图 沿空留巷高水材料柔模充填体防漏风技术研究 蒋 冬 生 （霍州煤电集团吕临能化公司庞庞塔煤矿 ，山西 霍州 031400 ） 摘要 针对高水材料柔模充填体引起的瓦斯泄露问题， 从现场条件和技术工艺上进行了分析， 认为 瓦斯泄露主要原因是充填体与顶板贴合不紧密， 通过平整顶板、 减小充填体变形空间、 改进柔模袋吊 挂、 加快材料凝固速度、 材料膨胀 5 个方面介绍了防漏风技术。 现场效果考察表明， 留巷内瓦斯浓度由 2以上降低到 0.8， 效果显著。 关键词 沿空留巷 ； 柔模充填体 ； 瓦斯泄露 ； 防漏风 ； 瓦斯浓度 中图分类号 TD726文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0059- 03 Research on Anti-leakage Technology of High Water Material Soft Mold Filling Body in Gob-side Entry Retaining JIANG Dongsheng （Huozhou Coal and ElectricityGroup Lvlinenghua CompanyPangpangta Coal Mine , Shanxi Huozhou 031400） Abstract Aiming at the problem of gas leakage caused by high- water material soft- filled body, the field condition and technical process are analyzed. It is believed that the main reason for gas leakage is that the filling body is not tightly attached to the roof. The anti- leakage technology was introduced in five aspects , flatting the roof, reducing the deation of the filling body , improving the hanging of the flexible bag, accelerating the solidification speed of the material, and expanding the material. The field effect investigation showed that the gas concentration in the roadway was reduced from2 to0.8, and the effect was remarkable. Key words gob- side entryretaining; Soft mold filling; roofcaving; gas leak; anti- leakage; gas concentration 59 ChaoXing 图 2柔模袋模板支设现场实景 2主要问题及漏风原因分析 沿空留巷进行一段时间后，在留巷内进行瓦斯 含量测试，发现工作面后方 200m 瓦斯浓度即高达 2～5， 后方有逐步增大趋势。经过现场排查， 发现 主要的漏风通道是充填体顶部与顶板贴合不严密， 以及充填体与充填体之间肩部有大的缝隙，为主要 的漏风通道。 进一步的分析表明， 漏风原因包括 1 ） 顶部锚索影响。 由于充填柔模袋上方锚索外漏 部分没有剪断， 柔模袋吊挂时不能贴合顶板， 形成较 大的锥形孔隙。 2 ） 顶部变形。 顶板发生变形下沉后， 顶部不平整， 柔模袋吊挂时不能贴合顶板， 形成缝隙。 3 ） 充填过程中柔模袋下坠。充填过程中， 浆液具 备 8min 流动性， 由于刚性模板强度不足， 中下部发生 横向变形， 柔模袋产生自然下坠， 导致与顶板之间产 生缝隙， 如图 3 所示。 图 3柔模袋横向变形下坠示意图 4 ） 充填工艺限制。 虽然混合管是自顶部向下灌注 充填， 但浆液自流后在柔模袋内形成水平面， 顶板凹 凸不平， 很难与浆液形成的水平面完全贴合。 3接顶防漏风技术及效果考察 3.1接顶防漏风技术 根据对漏风原因分析， 根本是要解决充填体与顶 板贴合问题， 即提高充填体接顶性能， 为此提出针对 性的解决方案 （1 ） 顶板处理。 将柔模袋上方顶板锚索外漏部分剪断， 对凸出矸 石进行处理， 使顶板尽可能平整； 2 ） 减小柔模袋可变形空间。 加固刚性模板，将单体柱间距由 0.5m 改为 0.25m， 将木板间距由 0.5m 改为 0， 对充填空间全封 闭，加大模板强度防止充填过程中产生的横向变形， 并适当增大柔模袋尺寸； 3 ） 改进柔模袋吊挂方式。 将顶部吊环改为肩部吊环， 吊环上部模袋富余量 可以抵消充填模袋的下坠拉伸， 将 “S” 形钩变更为变 形量更小的三角形钩， 减小挂钩长度， 增大挂钩抗拉 伸能力； 4 ） 加快充填体硬化时间。 调整高水材料凝固时间，由 8min 失去流动性， 20min～30min 终凝提高到 5min 失去流动性， 15min 终 凝， 减少材料在柔模袋内流动时间， 加快硬化速度， 使 其尽早具备自承载能力； 5 ） 顶部采用发泡材料主动膨胀接顶。 在充填临近结束前，在浆液中加入物理发泡剂， 使最后接顶阶段充填材料硬化过程中产生一定的膨 胀， 主动与顶板紧密贴合。现场理论计算如下 充填材料膨胀量 h 可按照式 1 计算 h m1α ρLW （1 ） 式中 h 为膨胀量， m； m 为最后 2 桶材料浆液质 量， kg； ρ 为充填体密度， kg/m3； α 为膨胀率； L 为充填 体长度， m； W为充填体宽度， m。 充填材料压缩量 s 可按照式 2 计算 sAη （2 ） 式中 s 为充填体压缩量， m； A 为最后 1 桶浆液 所能充填高度， kg； η 为充填体压缩率， kg/m3。 根据现场实测，充填体与顶板之间一般有 0～50mm左右空隙， 膨胀量按照 1.6 倍富余系数设计， 设计充填体膨胀量为 80mm， 最后两桶浆液充填高度 350mm，在最后两桶浆液中加入发泡剂使其膨胀， 计 算膨胀率为 5.7， 发泡剂掺量约为 0.2即可满足要 求。 3.2效果考察 上述接顶防漏风技术经过实施后， 充填体接顶明 显改善，顶部呈蘑菇状，初始试验阶段工作面后方 200m 瓦斯浓度约为 1.5， 到正常留巷阶段， 工作面 后方 200m瓦斯浓度降低到约 0.8， 如图 4 所示。随 着接顶防漏风技术逐步成熟， 工作面后方瓦斯浓度可 进一步减小。（下转第 64 页 ） 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 60 ChaoXing （上接第 60 页 ） 图 4工作面后方瓦斯浓度观测 4结论 1 ） 高水材料柔模充填体存在较为严重的漏风问 题， 留巷内瓦斯浓度超高， 严重影响留巷安全。 2 ）从顶板条件、 模板支设、 柔模袋下坠、 充填工 艺分析了漏风原因。 3 ）从顶板平整、 加固模板、 柔模袋吊环改进、 加 快材料凝固速度、 材料膨胀 5 个方面提出了防漏风技 术， 现场效果考察表明， 工作面后方 200m 瓦斯浓度 由 2以上降低到 0.8， 效果显著。 参考文献 [1] 张红军， 丁可可.突出矿井高水材料沿空留巷技术研究与 应用[J].煤矿开采， 2017， 22 （1） 77- 80. [2] 胡黎明， 张耀辉， 熊祖强， 等.成庄矿 4311 综放工作面沿 空留巷技术[J].煤矿安全， 2015， 46 （9） 144- 148. 作者简介 蒋冬生 （1990-） ， 男， 山西霍州人，2015 年毕业于安徽理 工大学， 工学学士， 目前在霍州煤电吕临能化公司庞庞塔煤 矿开拓一队工作， 从事采掘和安全管理方面的工作。 （收稿日期 2019- 1- 17 ） 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 的瞬间形成瓦斯压力梯度，致使瓦斯迅速开始解吸。 随着时间的增加， 产生应力增高区， 且随着应力增高 区前移， 排放带宽度增加迅速;煤体上覆岩层压力重新 稳定后， 排放带宽度增加变缓， 直至进入原岩应力区 后，在很小的瓦斯压力梯度下排放带宽度缓慢增长， 直至瓦斯压力梯度为 0 时达到煤巷极限排放带宽度。 当煤巷暴露时间为 l0d 时，瓦斯排放宽度大约 8m； 暴露时间为 30d 时， 瓦斯排放宽度大约 10m； 暴 露时间为 60d 时， 瓦斯排放宽度大约 12m； 暴露时间 为 90d 时； 瓦斯排放宽度大约 16m； 暴露时间为 120d 时， 瓦斯排放宽度大约为 18m； 暴露时间为 150d 时， 瓦斯排放宽度大约为 22m； 暴露时间为 180d 时， 瓦斯 排放宽度大约为 26m，这与煤巷暴露 180d 时理论计 算得到的煤巷瓦斯排放宽度 27.4m大致相等。 4结论 1 ）3205 孤岛工作面回采期间，随工作面向前推 进， 应力集中区域不断向煤体深部转移， 卸压区宽度 在 3～4m之间， 工作面前方的应力集中区的应力峰值 离工作面的距离为 8m左右； 2 ）在孤岛工作面回采期间，工作面塑性应变大 小与离回采面距离呈反比， 离采掘面越近， 塑性应变 越大； 而相应的等效塑性应变值呈半弧形分布， 且呈 逐渐递减规律； 3 ） 孤岛工作面回采过程中前方煤体渗透性分布 大致可以划分为渗透骤增、 部分增加、 降低明显以及 原始渗透四个阶段； 4 ） 孤岛工作面瓦斯排放宽度随着煤巷暴露时间 的增大而增大， 当增加到某一阶段后逐渐趋于稳定， 3205工 作 面 煤 巷 暴 露 时 间 分 别 为 10d， 30d， 60d， 90d，120d， 150d， 180d 时， 瓦斯排放宽 度分别为 8m， 10m，12m， 16m， 18m， 22m 和 26m， 与 理论计算结果误差较小。 参考文献 [1] 张科学, 郝云新, 张军亮, 等. 孤岛工作面回采巷道围岩 稳定性机理及控制技术[J]. 煤矿安全, 2010, 4111. 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