针对煤体再造技术应用的研究

2018-04-08郭文举

山西焦煤科技 2018年1期

郭文举

(大同煤矿集团铁峰煤业有限公司，山西　朔州　036000)

煤体再造技术，是指在空巷内使用水泥末煤等技术手段对空巷进行充填，煤体成型后可产生较高的抗压强度，能使被支撑的围岩保持相对稳定并对垮落岩体实现缓冲，保证了空巷内围岩的稳定性和整体性。

地下资源的不断开采，出现大面积的采空区，有时甚至导致地表塌陷，严重危害人类的生命和财产。随着煤炭事业的发展，一大批专家学者对空巷支护技术进行了研究：最开始使用木垛支护空巷，但是木垛的支护阻力小、增阻速度慢、可缩量大[1]；杜科科等以锚索为主的软支护和以垛式支架为主的刚性支护相结合进行空巷支护取得了一定的效果[2]；刘民强采用了矿压显现、周期来压等的分析观测，确定了空巷合理支护方式及参数[3]. 然而大部分学者都采用煤矸石回填或采用砌墙、单体液压支护等方法对原空巷进行支护，无论是回填还是进行临时支护，成本都是较为昂贵的，甚至加长施工时间[4-10].

本文通过引进煤体再造技术对曾子坊矿的两条大断面巷道采用单体液压支柱支护和煤体再造技术，经过分析对比效益，得出煤体再造技术更加安全、省时，成本更低。为将来煤体再造技术的推广具有一定的借鉴意义。

1　煤体再造技术施工过程

1.1　填充材料选择

填充材料选用325号普通硅酸盐水泥和6 mm以下末煤，水泥与末煤的体积比为1∶4，并进行模块压力实验，模块普氏系数f为3.5～4.0(采煤机最大截割硬度f≤5). 煤体成型后可产生较高的抗压强度，能使被支撑的围岩保持相对稳定并对垮落岩体实现缓冲，保证了空巷内围岩的稳定性和整体性。

1.2　再造煤体施工工艺

再造煤体充填时，若空巷贯穿整个工作面则采用空巷单侧砌筑墙体，使用喷浆机由里往外后退式充填。当充填材料回弹量较大时可配比适量速凝剂(配比为：末煤∶水泥∶速凝剂=4∶1∶1)，以保障再造煤体的抗压强度。对于空巷高冒区则采用正台阶式填充，直至与顶板充填严并在煤体再造区域外施工充填钻孔，钻孔布置要根据充填效果来确定，充填管路布置到与高冒区的顶板间距为200 mm，在充填时要保证充填材料的比例正常并检验产品发泡性能达到施工要求。

2　煤体再造技术的优点

1) 该技术相对于普通支护不仅简化了施工工艺，而且大幅缩减了人工及材料成本，为企业节省了大量的资金投入。

2) 该技术加强了对空巷顶板和煤壁的维护，可有效杜绝空巷发生大面积漏顶和煤壁坍塌等安全隐患。

3) 该技术极大地优化了回采施工工艺，消除了在普通支护情况下空巷内回收支护材料时可能出现的安全隐患。

4) 由于再造煤体材料的主要成分为末煤，因此不会影响工作面回采期间的煤质，有效保障了煤质指标。

5) 再造煤体的原材料普遍易选，无毒、阻燃、无刺激性气味、抗静电性能优异、对环境和人员无任何污染和危害。煤体成型后可产生较高的抗压强度，能使被支撑的围岩保持相对稳定并对垮落岩体实现缓冲，保证了空巷内围岩的稳定性和整体性。

3　煤体再造技术经济性分析

3.1　材料投入成本

采用普通支护的空巷，支护单体选用DW45-250/110X，钢梁为6.5 m14#工字钢梁，间排距均为1 m. 14#钢梁按2 000元/t，理论重量16.9 kg/m，单体按6 500元/根，按每立方米计算需2根单体，1根14#钢梁，成本为：6 500元×2根+33.8元×1 m=13 033.8元。

采用再造煤体技术的空巷，所用原料主要为末煤、水泥及速凝剂，按一条规格为长5 m×宽3 m×高3 m空巷计算，市面325号普通硅酸盐水泥价格约为300元/t，15元/袋。每立方大概需8袋水泥，按水泥与末煤的体积比为1∶4计算需1.6袋/m3，末煤可实地选用无需成本，则每立方米成本大约为1 m3×24元=24元。则每立方米煤体再造技术可节约投入资金：13 009.8元。

3.2　工时成本

过普通支护空巷期间每班平均割煤1刀，过煤体再造空巷每班平均割煤4刀，煤量约2 152 t/刀，按200元/t计算，则煤体再造每班可多创造效益129.1万元。

3.3　停放顶煤经济损失

由于煤体再造技术使得煤体成型后可产生较高的抗压强度，能使被支撑的围岩保持相对稳定并对垮落岩体实现缓冲，保证了空巷内围岩的稳定性和整体性，所以无需提前停放顶煤作业。

普通支护期间，按距空巷前20 m停放顶煤，则损失煤量为：20 m×(12.1 m-3.5 m)×180 m×1.44 t/m3×85%=37 895.04 t，按200元/t计算，则煤体再造可多创造效益757.9万元。

4　现场施工效果分析

6#空巷位于2805巷720 m处为东西走向，向西延伸进8805工作面100 m，此空巷宽度为7 m，高度为3.2 m.

7#空巷位于2805巷700 m处为东西走向，向西延伸进入8805工作面112 m，向东延伸进入8807工作面，此空巷宽为7 m，漏顶高度为7 m.

经过多次现场论证及反复讨论，决定对两条空巷采用两种方案进行支护作为对比。

6#空巷支护方式为单体配合钢梁密集支护，见图1.

图1　6#空巷支护方式图

7#空巷采用煤体再造技术进行支护，见图2.

图2　7#空巷支护方式图

4.1　技术方面比较

在实际回采中，通过6#空巷需考虑头尾斜度，工作面顶板与空巷顶板高度。在工作面距6#空巷煤壁10 m位置需调斜工作面，使得工作面与空巷割通时形成从头至尾逐段暴露。6#空巷位置处尾巷顶板标高为1 221.7 m，头巷标高1 216.6 m，尾巷与头巷落差5.1 m，在调斜工作面过程中极易发生刮板输送机窜尾现象，同时在推移刮板输送机过程中容易发生支架勾头断裂。由于空巷高度3.2 m，工作面要求采高3.5 m，需提前对工作面进行刹底作业，底板为砂质泥岩，机组截齿损耗增大，当工作割通空巷后需支架前探梁挑住钢梁，实际操作难度较大，当工作面顶板高于空巷顶板，钢梁插入支架内，导致支架无法前移；当工作面顶板低于空巷顶板，支架无法接顶。

由于7#空巷已实施煤体再造，在实际回采中无需考虑调斜工作面及与空巷顶板高度关系，按正规循环即可。