超高水材料在煤矿充填开采中的应用

超高水材料在煤矿充填开采中的应用摘要：煤炭在开采时容易破坏土地资源，使地表建筑设施受到威胁。煤炭企业需要使用安全、可靠的开采方式，维护生产安全.高效应用各类地下资源，满足我国煤炭资源使用需要。煤矿充填开采中，超高水材料能延长矿井寿命，技术可行性较煤矿自然资源绿色开发是当前我国新推出的发本较高，填充速度迟缓，系统信赖度有待提升#在作业时可能影响井下工作面回采状态，从而影响采掘效率为了降低人工损耗，可以采取超高水材料弥补不足，确保充填材料与充填技术的适应性与经济性用煤矿充填开采方式中，超高水材料适用范围较表沉陷程度用1超高水材料的特性属性分析材料主要由石膏、铝石矿复合型超缓凝分散剂构成；B材料主要由硅灰与石膏混合磨制配置的复合型速凝早强剂构成用作业阶段，分别将这两类材料和悬浮扩散物料结合，控制二者的混合质量比用由材料制作的超高水，材料水体积分数会超过97%,超高水材料的抗拉强度较高，在凝固时间内依据条件进行调节和整理用该材料具备快硬、早强等特征，在第7天时，抗拉强度能达到最终抗拉强度的60%～90%,材料体积和应变2工程概况为了充分掌握超高水材料在煤矿充填开采中的应用要点，本文以我国彭庄煤矿4310原胶带顺槽充填项目为例展开论述出该工程项目施工总长度440m,高度为近水平，中间洼，两边高，最大落差4m,巷道原设计净宽4.5m,中净高3.8m,矩形断面，锚网索及钢带支护曲煤厚超过4.5m处，帮部布置锚索梁补强支护用项目施工如图1所示用项目主要由AB料组成：A料主要以铝土矿、石膏等独立烧制并复合超缓凝分散剂；B料由石膏、石灰与复合速凝早强剂构成，同时配以悬浮分散剂，二者混合比例为1:1,材料水体积可达95%以上充填工程共分三期，第一期充填长度45m,工期为8d;第二期充填长度60m,工期为3d;第三期充填长度75m,工期为3d用工期要求：充填工程总工期为20d,3月30日充填工程全部结束，并对充填设备设施进行回4310原胶带顺槽注浆位置示意图未充填巷道4310胶带运输巷未充填巷道4310胶带运输巷3超高水材料在煤矿充填开采中的应用方法分析利用管道直接运往作业现场，充填采空区#在超高业区域开也可以借助管道引至密闭空间让其成型3.1分段阻隔充填法该项目在施工时可以借助该作业方式逐步推进工作面施工进程开借助超高水材料充填袋建立隔离墙让其材料的流体缓慢注入封闭的采空区用这类材料在流动固化后能支撑采空顶板若煤矿顶板较稳定可以应用分段阻隔充填法作业其具备充填效率较高、节约充填袋等优势用该项目在施工过程中把超高水浆体注至充填袋开在整个采空区依照要求布设多个充填袋凝结后能更好地支撑上覆岩层其施工流程比较复杂需要投入充足劳动力项目工程量较大安全性会比较低回采与充填会产生影响开施工与工程管理技术标准较为严苛但是全袋式充填法的适用性较强开可以投用至采煤方法或者回采工艺条件一般的项目控制直接顶充填效率较高削弱作业时受到作业面水涌流的负面影响用方法把其注入采空区开混合后形成水化反应充填采空区开其充填效果较好用当煤矿开采采用高幅度作业或面临轻微倾斜的开采面时传统的作业方法可能无法支撑开采区上方的岩层曲为了应对这一问题开需要在作业区域下方构建挡浆体开扩大充填浆体的覆盖范围用如果作业面不幸遭遇水淹充填浆液会被逐渐稀释影响充填效果在这种背景下一种新型作业方法应运而生特别适用于煤矿的仰斜开采作业曲当悬露顶板的跨度小于基本顶初次垮落步距开这种新型作业方法便能发挥效用#通过这种方法可以稳定管理开采过程中的岩层支撑问题确保作业的安全与效率其在作业时能够同步开展充填以及采矿操作开二者并不会产生冲突可以简化充填工具开作业要求较低开操作难度较小用动作面支撑并不需要进行技术改造开也不需要控制直接顶充填作业的安全性较强²用该项目在施工时会将袋式充填法和开放式充填法结合会同时具备两种技术的应用优势把工作面划分成多个区段在间隔范围内设置充填袋在多余空隙位置采取开放式充填或者密封后充填的方法将混合式充填法和全带式充填法对比充填效果较好成本较低可以减少吊挂充填袋的量曲将混合式充填法和开放式充填法对比适用性较强可以应用到水平与近水平煤层的开采中用使用该技术时要依照相关要求调整填充间隙尺寸以及工作面的围岩条件用4充填与浆液制备系统矿井采空区范围需要依据回采工作面的推移情况动态调整空间范围如果采用超高水材料充填采空区需要在确定施工的同时把泥浆运往具体位置该作业方式应用的充填设备以及系统需要具有高智能水平、低成本、充填功能强等特征建立充填技术体系分析超高水材料的应用特点开使其体系应用的便捷性更强开同时确保该体系和回采工作面生产能力保持较高的契合状态用由于超高强水材料的性质比较特殊开浆体制备系统始终是该工艺技术的核心用浆体制备物料能利用管道运输操作简单开制浆体系分别由A料和B料子系备的构造大致相同均会应用水称量装置、辅料仓、水池、卸料装置用需要针对子系统展开分析结合浆液生产特征产出大量浆液开不间断生产流程其设备占用场地较小开运行流程简单开但是难以控制浆液比例开制浆设备制作要求较高开无法将其当作超高水材料的生产设备但是0.5连续制浆体系会持续搅动浆液让浆液输送开达到采空区充填作业要求曲半连续制浆系统的材料制备质量较高配比难度较小开具备连续性控制系统缺乏的优势开但是整套控制系统的空间相对较大3用5超高水材料预充空巷开采技术及应用当前我国煤炭开采存在工作面过空巷问题工作面推进过程中空巷的支护无法承受超前支撑压力会形成煤壁片帮问题容易产生基本顶断裂、断面冒顶开工作面无法顺利推进用传统煤矿应用的支护方法维护成本较高操作量较大作业效果不够理想可以调用这类新型材料预充空巷开采技术进行施工用该技术分成充填泵站与充填点两个模块开作业手段和采空区充填作业方法相似用利用这类新型材料充满空巷后能大致恢复原来状态原本空巷的操作面会由充填材料替换煤体的正常操作面不需要耗费更多时间维护空巷操作面和空巷承载能力较强若操作面过空巷可以采用采煤机作业直接切割充填体开这类新型材料固结体的承载能力较大变形特性较好可以支撑基本顶让充填体墙壁和顶板保持完整状态适量变形避免充填体产生冒顶片帮问题用这类新型材料浆液渗透性与流动性较强用能直接渗透至空巷围岩裂缝中固结固结体的黏结性以及韧性较强可以以此为基准开构成坚实的骨架结构避免围岩冒落或者片帮6超高水材料注浆防灭火技术及应用这类新型材料注浆防灭火技术会将阻化剂、凝胶、注胶等功能融合凝结性较强浆液不容易流失成本较低用该技术在施工时会针对井下发火位置合理作业开把其分成综合注浆防灭火技术与钻孔注浆防灭火综合注浆防灭火技术主要是在发火区顶部注入超高水材料浆液快速凝结固化在高位发火区域由此包裹自燃煤体并起到填充裂隙的作用降低温度开控制火情#在下部密闭发火区域注入这类新型材料浆液能修补漏风管道开扑灭火灾开火灾扑灭后可以再次开挖钻孔注浆防灭火技术可以应用至暗处或者无法密闭区域打多个钻孔贯通发火区域开由此注入新型材料浆液在发火区顶部区域喷浆处理火灾用密闭式注浆防火技术主要是隔离明处的火源让其构成封闭空间采用这类新型材料浆液注满该空间用待空间凝结固化后会起到较强的防灭火作用开煤自燃会持续一定时间同时热量持续积聚开拥有持续的氧气供给条件煤矿防灭火时开必须考虑煤自燃条件并采取措施阻断煤与氧气的复合反应曲这一过程的核心在于确保煤氧化产生的热量低于散热效率开防止煤体温度上升并避免自燃用煤块周围可能存在漏风风险分割煤块后开煤块会变成细小颗粒开这些颗粒间充满空气开当空气渗透到松散破碎的煤块中容易引发煤体自燃用为了应对这一问题可以将浆液注入煤体浆液会直接浸润煤颗粒并在表面形成一层薄膜用这层薄膜能紧密包裹煤粒隔绝氧气用同时开浆液在煤颗粒间的缝隙中固化凝结可以封闭煤体表面防止裂缝形成用火区注入超高水材料浆液时开随着浆液温度升高会产生水蒸气这些水蒸气能够带走热量降低温度和煤的氧化速度与活性这样材料在高温条件下的稳定性会得到增强用此外由于这类材料的渗透性良好开注入火区后可以填充间隙或裂缝待其凝固后能提高煤体的完整性防止裂缝形成并改善煤体破碎松散的现状用浆液固化后强度可达到0.66～1.65MPa大大提高煤体强度用通过这种方法可以有效防止煤体自燃确保煤矿安全生产4用7工业试验分析矿井在应用超高水材料充填技术后开对项目的底层与地上应用状况进行检查开使用效果较好#通过开展土壤地表观察与检测可知开充填开挖后地基最大沉降距离为零毫米周围建筑设施并没有产生明显裂缝充填采空区后上覆地层活动均匀充填越早地层活动的稳固性越强用结束充填后工作面应用的单体支架和液压支撑施工时遇到的压力差能维持稳定状态册防止形成顶板事故用填充采矿施工时开有可能冲击回采巷道的周围位置在作业面前方50m区域内和垮落的采矿进行对比实际受到的采矿冲击影响范围较小用完成采矿工作后借助打钻机、井下挖掘探测仪等进行探测用开放式充填能体现超高水材料的应用价值用封闭充填采空区周围煤岩层裂缝开上覆地层中的裂缝愈发育开裂缝的渗透性愈高充填材料浆液能较好渗入其中增强填充效应518超高水材料在煤矿充填开采中应用的发展前景回填完成后观测表明本文使用的回填工艺和材料有效回填了采空区开并对直接顶进行保护曲而且采用的填充料在固结后可填满整个采空区由于物料结构坚硬密实具备很大的耐压能力对上覆岩区也有很好的支撑效果可以降低活动的强烈程度近年来超高水材料在预充空巷开采与井下防灭火方面有了较多应用应继续完善超高水材料理论与工艺提高应用安全性用随着