針對煤體再造技術(shù)應(yīng)用的研究

郭文舉

(大同煤礦集團(tuán) 鐵峰煤業(yè)有限公司，山西　朔州　036000)

煤體再造技術(shù)，是指在空巷內(nèi)使用水泥末煤等技術(shù)手段對空巷進(jìn)行充填，煤體成型后可產(chǎn)生較高的抗壓強(qiáng)度，能使被支撐的圍巖保持相對穩(wěn)定并對垮落巖體實現(xiàn)緩沖，保證了空巷內(nèi)圍巖的穩(wěn)定性和整體性。

地下資源的不斷開采，出現(xiàn)大面積的采空區(qū)，有時甚至導(dǎo)致地表塌陷，嚴(yán)重危害人類的生命和財產(chǎn)。隨著煤炭事業(yè)的發(fā)展，一大批專家學(xué)者對空巷支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了研究：最開始使用木垛支護(hù)空巷，但是木垛的支護(hù)阻力小、增阻速度慢、可縮量大[1]；杜科科等以錨索為主的軟支護(hù)和以垛式支架為主的剛性支護(hù)相結(jié)合進(jìn)行空巷支護(hù)取得了一定的效果[2]；劉民強(qiáng)采用了礦壓顯現(xiàn)、周期來壓等的分析觀測，確定了空巷合理支護(hù)方式及參數(shù)[3]. 然而大部分學(xué)者都采用煤矸石回填或采用砌墻、單體液壓支護(hù)等方法對原空巷進(jìn)行支護(hù)，無論是回填還是進(jìn)行臨時支護(hù)，成本都是較為昂貴的，甚至加長施工時間[4-10].

本文通過引進(jìn)煤體再造技術(shù)對曾子坊礦的兩條大斷面巷道采用單體液壓支柱支護(hù)和煤體再造技術(shù)，經(jīng)過分析對比效益，得出煤體再造技術(shù)更加安全、省時，成本更低。為將來煤體再造技術(shù)的推廣具有一定的借鑒意義。

1　煤體再造技術(shù)施工過程

1.1　填充材料選擇

填充材料選用325號普通硅酸鹽水泥和6 mm以下末煤，水泥與末煤的體積比為1∶4，并進(jìn)行模塊壓力實驗，模塊普氏系數(shù)f為3.5～4.0(采煤機(jī)最大截割硬度f≤5). 煤體成型后可產(chǎn)生較高的抗壓強(qiáng)度，能使被支撐的圍巖保持相對穩(wěn)定并對垮落巖體實現(xiàn)緩沖，保證了空巷內(nèi)圍巖的穩(wěn)定性和整體性。

1.2　再造煤體施工工藝

再造煤體充填時，若空巷貫穿整個工作面則采用空巷單側(cè)砌筑墻體，使用噴漿機(jī)由里往外后退式充填。當(dāng)充填材料回彈量較大時可配比適量速凝劑(配比為：末煤∶水泥∶速凝劑=4∶1∶1)，以保障再造煤體的抗壓強(qiáng)度。對于空巷高冒區(qū)則采用正臺階式填充，直至與頂板充填嚴(yán)并在煤體再造區(qū)域外施工充填鉆孔，鉆孔布置要根據(jù)充填效果來確定，充填管路布置到與高冒區(qū)的頂板間距為200 mm，在充填時要保證充填材料的比例正常并檢驗產(chǎn)品發(fā)泡性能達(dá)到施工要求。

2　煤體再造技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1) 該技術(shù)相對于普通支護(hù)不僅簡化了施工工藝，而且大幅縮減了人工及材料成本，為企業(yè)節(jié)省了大量的資金投入。

2) 該技術(shù)加強(qiáng)了對空巷頂板和煤壁的維護(hù)，可有效杜絕空巷發(fā)生大面積漏頂和煤壁坍塌等安全隱患。

3) 該技術(shù)極大地優(yōu)化了回采施工工藝，消除了在普通支護(hù)情況下空巷內(nèi)回收支護(hù)材料時可能出現(xiàn)的安全隱患。

4) 由于再造煤體材料的主要成分為末煤，因此不會影響工作面回采期間的煤質(zhì)，有效保障了煤質(zhì)指標(biāo)。

5) 再造煤體的原材料普遍易選，無毒、阻燃、無刺激性氣味、抗靜電性能優(yōu)異、對環(huán)境和人員無任何污染和危害。煤體成型后可產(chǎn)生較高的抗壓強(qiáng)度，能使被支撐的圍巖保持相對穩(wěn)定并對垮落巖體實現(xiàn)緩沖，保證了空巷內(nèi)圍巖的穩(wěn)定性和整體性。

3　煤體再造技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

3.1　材料投入成本

采用普通支護(hù)的空巷，支護(hù)單體選用DW45-250/110X，鋼梁為6.5 m14#工字鋼梁，間排距均為1 m. 14#鋼梁按2 000元/t，理論重量16.9 kg/m，單體按6 500元/根，按每立方米計算需2根單體，1根14#鋼梁，成本為：6 500元×2根+33.8元×1 m=13 033.8元。

采用再造煤體技術(shù)的空巷，所用原料主要為末煤、水泥及速凝劑，按一條規(guī)格為長5 m×寬3 m×高3 m空巷計算，市面325號普通硅酸鹽水泥價格約為300元/t，15元/袋。每立方大概需8袋水泥，按水泥與末煤的體積比為1∶4計算需1.6袋/m3，末煤可實地選用無需成本，則每立方米成本大約為1 m3×24元=24元。則每立方米煤體再造技術(shù)可節(jié)約投入資金：13 009.8元。

3.2　工時成本

過普通支護(hù)空巷期間每班平均割煤1刀，過煤體再造空巷每班平均割煤4刀，煤量約2 152 t/刀，按200元/t計算，則煤體再造每班可多創(chuàng)造效益129.1萬元。

3.3　停放頂煤經(jīng)濟(jì)損失

由于煤體再造技術(shù)使得煤體成型后可產(chǎn)生較高的抗壓強(qiáng)度，能使被支撐的圍巖保持相對穩(wěn)定并對垮落巖體實現(xiàn)緩沖，保證了空巷內(nèi)圍巖的穩(wěn)定性和整體性，所以無需提前停放頂煤作業(yè)。

普通支護(hù)期間，按距空巷前20 m停放頂煤，則損失煤量為：20 m×(12.1 m-3.5 m)×180 m×1.44 t/m3×85%=37 895.04 t，按200元/t計算，則煤體再造可多創(chuàng)造效益757.9萬元。

4　現(xiàn)場施工效果分析

6#空巷位于2805巷720 m處為東西走向，向西延伸進(jìn)8805工作面100 m，此空巷寬度為7 m，高度為3.2 m.

7#空巷位于2805巷700 m處為東西走向，向西延伸進(jìn)入8805工作面112 m，向東延伸進(jìn)入8807工作面，此空巷寬為7 m，漏頂高度為7 m.

經(jīng)過多次現(xiàn)場論證及反復(fù)討論，決定對兩條空巷采用兩種方案進(jìn)行支護(hù)作為對比。

6#空巷支護(hù)方式為單體配合鋼梁密集支護(hù)，見圖1.

圖1　6#空巷支護(hù)方式圖

7#空巷采用煤體再造技術(shù)進(jìn)行支護(hù)，見圖2.

圖2　7#空巷支護(hù)方式圖

4.1　技術(shù)方面比較

在實際回采中，通過6#空巷需考慮頭尾斜度，工作面頂板與空巷頂板高度。在工作面距6#空巷煤壁10 m位置需調(diào)斜工作面，使得工作面與空巷割通時形成從頭至尾逐段暴露。6#空巷位置處尾巷頂板標(biāo)高為1 221.7 m，頭巷標(biāo)高1 216.6 m，尾巷與頭巷落差5.1 m，在調(diào)斜工作面過程中極易發(fā)生刮板輸送機(jī)竄尾現(xiàn)象，同時在推移刮板輸送機(jī)過程中容易發(fā)生支架勾頭斷裂。由于空巷高度3.2 m，工作面要求采高3.5 m，需提前對工作面進(jìn)行剎底作業(yè)，底板為砂質(zhì)泥巖，機(jī)組截齒損耗增大，當(dāng)工作割通空巷后需支架前探梁挑住鋼梁，實際操作難度較大，當(dāng)工作面頂板高于空巷頂板，鋼梁插入支架內(nèi)，導(dǎo)致支架無法前移；當(dāng)工作面頂板低于空巷頂板，支架無法接頂。

由于7#空巷已實施煤體再造，在實際回采中無需考慮調(diào)斜工作面及與空巷頂板高度關(guān)系，按正規(guī)循環(huán)即可。

4.2　安全方面比較

過6#空巷過程中，需不斷在空巷內(nèi)對單體1支柱進(jìn)行回收，當(dāng)空巷不斷暴露增大，空巷內(nèi)壓力也隨之增大，單體行程越低，造成回收人員在空巷內(nèi)工作時間加長，安全系數(shù)降低，勞動強(qiáng)度增大。過7#空巷期間無需人員進(jìn)行回收作業(yè)，大大提高了回采工作的安全系數(shù)。

5　結(jié)　論

通過對單體配合鋼梁密集支護(hù)與煤體再造技術(shù)支護(hù)進(jìn)行對比，得出煤體再造技術(shù)可操作性高，施工方便，可靠性強(qiáng)，勞動強(qiáng)度小，減少工人在巷道內(nèi)滯留時間，有效保證了工人健康與生命安全，同時能有效節(jié)約成本，創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)效益。

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