充填鋼模板在沿空留巷工藝中研究與應用

1 問題提出

1.1 沿空留巷的優點

沿空留巷技術能夠較好的實現無煤柱護巷，提高煤炭資源采出率、改善巷道維護工作量、延長礦井服務年限、減少巷道掘進量、緩解采掘銜接矛盾、實現“Y”型通風方式便于治理瓦斯及改善礦井技術經濟指標等優點。

1.2 目前國內在沿空留巷研究與應用中存在的主要問題

作為沿空留巷的一個難點即巷旁支護，在我國卻一直沒有得到很好地解決。沿空留巷技術的成功應是巷內支護與巷旁支護聯合作用的結果，這項技術成敗的關鍵是巷旁支護能否適應沿空巷道的頂板運動規律，有效地控制頂板巖層。

（1）在尋求一種能主動提供支護阻力的巷旁支護方式，增加巷旁支護的初始阻力方面研究還不夠。

（2）巷內支護與巷旁支護不匹配，使留巷效果達不到預期目標，甚至失敗。

（3）傳統的沿空留巷混凝土連續墻施工是采用剛模扳進行手工操作，這種施工缺點在于：一是，需要大量的人力物力，而且效率低下；二是，剛模板密實不嚴，容易跑漿漏漿；三是，充填難以接頂，影響支護效果。

2 174405綜采工作面使用充填鋼模板泵注混凝土進行沿空留巷背景

174405綜采工作面煤層直接頂板為石灰巖，直接底板為細砂巖，以上兩種巖層都比較堅硬，掘進期間很困難。為了減少煤柱損失，提高煤炭資源回收率，保證采掘銜接，在該工作面使用沿空留巷技術工藝。

傳統采用柔摸袋作為混凝土漿液脫水成型，這種柔膜袋費用高，機械化程度低。目前煤炭市場經濟弱勢運行，提高施工效率，降低成本勢在必行。

3 鋼模板泵注混凝土支護技術設計指導思想

3.1 設計指導思想

以保護圍巖自身的完整性，充分發揮圍巖自身的承載能力為基本出發點，同時考慮到軟弱圍巖的自撐能力有限，該項目研究旨在工作面端頭效應喪失前，在頂板盡可能小的位移及破碎情況下，對巷旁進行快速及時的泵注混凝土支護，并使混凝土連續墻與頂底板可靠密切連接，與留巷內支護相結合，兩者共同作用承受地壓，充分發揮混凝土結構的安全可靠性，又發揮錨索、錨桿支護的主動性，鋼柔結合，傳統技術與新技術相結合，盡最大可能提高施工機械化程度，減少施工工序，提高施工效率，提高支護結構承載能力，保證封閉性，使鋼模板泵注混凝土沿空留巷能滿足服務期間使用要求。

3.2 總體設計方案

隨著采煤工作面的推進，將留巷滯后臨時支護30～50米，緊跟回采工作面，工作面端頭支護效應消失前，在單體支柱或支架的掩護和支撐下，在巷旁支護的內側，采用人工爆破切頂，以減少巷內及巷旁頂板壓力。并將充填鋼模板使用提升千斤頂固定在巷旁支護處，使用注漿泵將混凝土注入充填鋼模板內，在采空區與巷道之間形成一道密閉混凝土連續墻，彌補回采造成的巷道—幫的缺失，與原有巷內支護及臨時支護形成一個整體，共同承擔采動及其它壓力。保護巷道穩定并隔絕瓦斯及有害氣體，防止采空區自然發火，以便該巷用于下一個工作面回采。

4 支護結構及工藝

充填鋼模板形狀為長方體，三面可伸縮加高擋板結構，固定擋板采用整體焊接結構，伸縮擋板采用外伸縮形式。通過混凝土泵經由輸送管向鋼模板內注入混凝土，最終形成混凝土連續墻體巷旁支護，結構簡單，強度高，成型及密閉性好，混凝土充填嚴實，不易漏漿，接頂及成型效果好，機械化作業，施工速度快。

固定擋板采用整體焊接結構，伸縮擋板采用外伸縮形式。固定擋板主體選用50mm厚鋼板，伸縮擋板主體選用30mm厚鋼板。在伸縮擋板兩側頂端（靠近前伸縮板）各布置一個注漿口，注漿口中心距離頂面為120mm，泵注口直徑為250mm，注漿口為快換接頭型式，能與注漿管配套使用。當模板降至最低時（1.1米）仍能從注漿口進行注漿，并配備專用堵頭，將內側注漿口堵嚴。伸縮擋板間的縫隙使用密封滑塊密封。

5 鋼模板泵注混凝土施工程序及技術要求

5.1 充填工序

支護澆注空間→清理臺階處的浮煤浮砟→鋼模板內壁側涂抹油脂及鋪塑料薄膜→清洗濕潤管路→注混凝土→封孔→清理管路。

5.2 鋼模板泵注混凝土施工要求

泵注混凝土前，混凝土輸送管與鋼模板使用快換接頭連接，兩側伸縮板上的注漿口一端注漿，另一端用專用堵頭堵上。低位注漿時應將兩側固定擋板上的堵塊去掉，高位注漿時必須將兩側固定擋板上的堵塊裝上，每次注漿前必須檢查堵塊是否裝上。灌注完畢后，必須將注漿口內的混凝土清除干凈，及時安上堵塊，避免混凝土的流出。混凝土澆注過程中要注意確保鋼模板充實，特別是邊緣及頂部。混凝土灌注接近飽滿時，應暫停5-10分鐘，待鋼模板中的水析出后，再灌注至飽滿。

6 充填鋼模板技術關鍵及技術特點

6.1 首次在沿空留巷中使用整體式充填鋼模板

6.2 設置可伸縮擋板，可適應巷道高度的需要

6.3 鋼模板泵注混凝土施工技術是一種綠色施工技術，比起柔模板，周轉次數多，可重復使用，墻面成型后外觀光滑、平整，表面外觀效果好，綜合經濟效益較好

6.4 節約成本，有較高的技術含量和良好的應用性，不易變形，阻燃、防腐、抗水及抗化學品腐蝕的功能，有較好的力學性能。機械化作業，施工速度快

6.5 模板吸附力小，脫模容易

無拼縫，墻體成型好及密閉嚴，能有效地防止漏風和煤的自然發火，以及避免采空區中的有害氣體進入工作空間。

6.6 在混凝土墻內側采用人工爆破的方法，在混凝土墻的內側切頂，從而減小了頂板對混凝土墻的壓力

6.7 巷旁鋼模板混凝土墻與巷內錨網索聯合支護結構合理，保留巷道穩定性好

6.8 機械化作業，施工速度快

7 使用鋼模板泵注混凝土沿空留巷效益

7.1 企業效益

174405綜采工作面使用柔模板與鋼模板泵注混凝土墻對比情況

施工材料方面：使用鋼模板泵注混凝土注漿時，除注漿原料外，只在脫模工藝上使用塑料薄膜和廢機油，而柔模泵注混凝土注漿時，除注漿原料外，在支袋工藝上，使用了柔模模板、圓鋼錨桿、螺紋錨桿、鐵托盤、竹托板等。

通過實例進行材料成本對比：

例：注一個長3m，寬1.5m，高1.5m的混凝土墻。

柔模泵注混凝土除使用注漿原料外，材料成本使用如下：

柔模袋：（3×1.5+3×1.5+1.5×1.5）×2外加（柔性模板需0.2m的富余量及注漿管接口“套袖”等），柔模袋總使用量為30m2，1m2柔模袋為80元，共消耗2400元。

圓鋼錨桿：2根×20元=40元

螺紋錨桿：4根×30元=130元

鐵托盤：4個×3元=12元

竹托板：4個×5元=20元

除注漿原料外，柔模泵注混凝土材料使用成本為：2602元。

鋼模板泵注混凝土除使用注漿原料外，材料成本使用如下：

塑料薄膜：（3×1.5+3×1.5+1.5×1.5）×2=22.5m2，塑料薄膜1m2為2元，共消耗45元。

廢機油：機組、溜子、皮帶減速機替換下的機油，回收重復利用。

除注漿原料外，鋼模板泵注混凝土材料使用成本為：45元。

2602元-45元=2557元

通過以上對比，可直觀的看到，注一個長3m，寬1.5m，高1.5m的混凝土墻，柔模泵注混凝土比鋼模板泵注混凝土多使用材料成本2557元。

174405綜采工作面運料巷距停采線還有900m，如全部使用鋼模板泵注混凝土作業，比使用柔模泵注混凝土作業，節省材料成本900m×2557元=230.13萬元。

鋼模板整體造價為10萬元。

174405綜采工作面運料巷使用鋼模板泵注混凝土作業，實際節約成本為2301300-100000=220.13萬元。

7.2 社會效益

比起柔模板，周轉次數多，可重復使用，節能、環保顯著。

7.3 推廣應用前景

可廣泛應用于煤礦各類煤層沿空留巷及其它礦山無煤柱開采，地下工程及巖土工程地下連續墻施工。

[責任編輯：謝慶云]