針對煤體再造技術應用的研究

郭文舉

(大同煤礦集團 鐵峰煤業有限公司，山西　朔州　036000)

煤體再造技術，是指在空巷內使用水泥末煤等技術手段對空巷進行充填，煤體成型后可產生較高的抗壓強度，能使被支撐的圍巖保持相對穩定并對垮落巖體實現緩沖，保證了空巷內圍巖的穩定性和整體性。

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

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

1　煤體再造技術施工過程

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，并進行模塊壓力實驗，模塊普氏系數f為3.5～4.0(采煤機最大截割硬度f≤5). 煤體成型后可產生較高的抗壓強度，能使被支撐的圍巖保持相對穩定并對垮落巖體實現緩沖，保證了空巷內圍巖的穩定性和整體性。

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砌筑墻體，使用噴漿機由里往外后退式充填。當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度。對于空巷高冒區則采用正臺階式填充，直至與頂板充填嚴并在煤體再造區域外施工充填鉆孔，鉆孔布置要根據充填效果來確定，充填管路布置到與高冒區的頂板間距為200 mm，在充填時要保證充填材料的比例正常并檢驗產品發泡性能達到施工要求。

2　煤體再造技術的優點

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

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

3) 該技術極大地優化了回采施工工藝，消除了在普通支護情況下空巷內回收支護材料時可能出現的安全隱患。

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，有效保障了煤質指標。

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

3　煤體再造技術經濟性分析

3.1　材料投入成本

采用普通支護的空巷，支護單體選用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。

采用再造煤體技術的空巷，所用原料主要為末煤、水泥及速凝劑，按一條規格為長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可節約投入資金：13 009.8元。

3.2　工時成本

過普通支護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造效益129.1萬元。

3.3　停放頂煤經濟損失

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

普通支護期間，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，則煤體再造可多創造效益757.9萬元。

4　現場施工效果分析

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，向西延伸進入8805工作面112 m，向東延伸進入8807工作面，此空巷寬為7 m，漏頂高度為7 m.

經過多次現場論證及反復討論，決定對兩條空巷采用兩種方案進行支護作為對比。

6#空巷支護方式為單體配合鋼梁密集支護，見圖1.

圖1　6#空巷支護方式圖

7#空巷采用煤體再造技術進行支護，見圖2.

圖2　7#空巷支護方式圖

4.1　技術方面比較

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高為1 221.7 m，頭巷標高1 216.6 m，尾巷與頭巷落差5.1 m，在調斜工作面過程中極易發生刮板輸送機竄尾現象，同時在推移刮板輸送機過程中容易發生支架勾頭斷裂。由于空巷高度3.2 m，工作面要求采高3.5 m，需提前對工作面進行剎底作業，底板為砂質泥巖，機組截齒損耗增大，當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，當工作面頂板高于空巷頂板，鋼梁插入支架內，導致支架無法前移；當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斜工作面及與空巷頂板高度關系，按正規循環即可。

4.2　安全方面比較

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

5　結　論

通過對單體配合鋼梁密集支護與煤體再造技術支護進行對比，得出煤體再造技術可操作性高，施工方便，可靠性強，勞動強度小，減少工人在巷道內滯留時間，有效保證了工人健康與生命安全，同時能有效節約成本，創造較高的經濟效益。

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