大摻量粉煤灰密閉固化充填技術(shù)在云岡煤礦的應(yīng)用

0密閉墻開挖的施工技術(shù)封閉面帶是防止煤層自然燃燒的有效技術(shù)之一。封堵技術(shù)就是堵塞通往礦井火區(qū)的漏風通道、減少向火區(qū)供氧的防滅火技術(shù),根據(jù)其使用方法,主要分為密閉墻封堵、表面噴涂堵漏、裂隙充填堵漏等。施工密閉墻是堵住通往火區(qū)的漏風的重要手段。但是,建密閉需要大量人力資源,勞動強度較高,并且存在安全隱患,在人員難以到達的地點不能施工,并且已經(jīng)建起的密閉墻在礦壓作用下會產(chǎn)生大量裂隙。本文開發(fā)了粉煤灰漿液固化密閉充填封堵漏風技術(shù),并在云岡煤礦進行了成功應(yīng)用,為今后煤自然發(fā)火防控技術(shù)提供了新的技術(shù)借鑒。186巷道圍巖錨桿聯(lián)合支護云岡井田8617工作面采用五巷布置方式,順槽大致沿煤層傾向布置,切巷大致沿煤層走向布置,垂直于順槽。工作面軌道順槽和皮帶順槽沿煤層底板布置,2條工藝巷和頂回風巷沿煤層頂板布置。工作面巷道布置圖如圖1所示。如圖1所示,工作面巷道形狀均為矩形,2617巷為機軌合一巷,5617巷為回風運料巷,規(guī)格為掘?qū)?.5m,2617-1及2617-2巷為工藝巷,5617-1巷為頂回風巷。2617、5617巷為見底留頂掘進,2617-1、2617-2、5617-1巷為見頂留底掘進。2617、5617巷采用錨桿、錨索聯(lián)合支護,錨桿排間距為1.0m×0.9m,鋼帶垂直巷道布置。5617巷沿巷中布置1排錨索,2617巷錨索在巷道頂板布置2排,間距3.0m,巷道兩幫分別布置2排護幫錨桿加聚氨酯塑料網(wǎng)或金屬網(wǎng)。8617切巷錨桿支護排間距為1.0m×0.9m,鋼帶垂直切巷布置,布置2排錨索鋼梁,排距為2.0m;2617-1、2617-2及5617-1巷采用錨桿支護,排間距為1.0m×1.0m,托板垂直巷道方向布置。2道路關(guān)閉關(guān)閉過程2.1灌漿管路的連接分別對2617-1巷道、5617-1巷道、2617-2繞道進行密閉施工并布置灌漿管路,密閉施工前準備工作:在2617巷道靠近采空區(qū)一側(cè)施工一道1m厚的料石墻,外側(cè)建立一道板閉,板閉內(nèi)側(cè)掛風筒布,密封好,料石墻與板閉之間寬約4.5m,連接好灌漿管路。灌漿管路連接示意圖如圖2所示。分別對2617-2巷道、5617-2巷道靠近采空區(qū)施工2道1m厚的料石墻,料石墻內(nèi)側(cè)掛風筒布,密封好,2個料石墻之間寬約0.5m,連接好灌漿管路進行密閉施工并布置膨脹劑灌注管路,膨脹劑灌漿管路連接示意圖如圖3所示。2.2膨脹劑灌漿充填粉煤灰和水泥添加比例調(diào)節(jié)成3∶1,漿液濃度為1∶1,注漿流量控制在30m3/h,膠凝固化添加量為5%,當閉墻內(nèi)漿液面達到距巷道頂板約30cm時,停止灌注;然后通過膨脹劑添加機向閉墻剩余空間內(nèi)充填膨脹劑,使膨脹劑與巷道頂板接頂,膨脹劑與清水的混合比例為1∶1。于2013年10月26日起通過對以上5個密閉采取灌漿措施,連續(xù)28d對5個密閉進行灌漿充填,,充填封閉8617工作面5個巷道,其中粉煤灰用量為約500t,水泥約80t,膠凝固化劑20t,膨脹劑35t,懸浮劑約15t,清水750t;2013年11月25日結(jié)束后,分別對5個密閉墻的密封性及抗壓強度進行相關(guān)考察,并對密閉充填效益進行了分析。3效果分析3.1密閉墻對比觀測灌漿充填工作結(jié)束后,對5個密閉內(nèi)外進行了氣體觀測。28d后對5個密閉分別進行了取樣分析,結(jié)果如下:(1)密閉墻的密封性經(jīng)過近30d的現(xiàn)場觀測,密閉墻的密封性較好,膨脹材料全部接頂密實,沒有產(chǎn)生漏風裂隙,密閉墻的的氧氣濃度均在3.5%以下,沒有檢測到CO氣體;(2)密閉墻的抗壓強度2013年12月15日,對5個密閉分別取樣進行了抗壓強度實驗,5個密閉檢測結(jié)果分別為11.45、11.83、6.85、10.55、6.65MPa;(3)密閉墻的簡易性用最簡單的兩道臨時木板就能擋住粉煤灰漿液,在充填加固過程中,漿液流失少,木板閉側(cè)壓小,沒有發(fā)生倒塌現(xiàn)象。3.2工作面放頂煤技術(shù)(1)直接經(jīng)濟效益現(xiàn)以云岡煤礦8617工作面建造1道5m厚的密閉墻為例,對以前密閉墻建造的普通工藝和應(yīng)用新工藝進行了對比。應(yīng)用新工藝后,降低了工人勞動強度,提高了勞動效率,縮短了施工工期,提高了密閉質(zhì)量,并且主要加固充填工作均由地面完成,減少了井下材料運輸量。經(jīng)核算,建造一道5m厚度的同規(guī)格密閉,采用傳統(tǒng)工藝建造約需4.3萬元;采用新工藝需2.8萬元左右。以典型高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井工作面巷道布置方式(三巷制)為例,工作面聯(lián)巷50-100m設(shè)1個,工作面永久密閉5個,總計約30個密閉。采用新工藝建造密閉墻每年可節(jié)約45萬元。(2)間接經(jīng)濟效益云岡煤礦8617工作面主采12#煤,煤層厚度6.1-8.6m,采用單一長壁后退式低位放頂煤綜合機械化的采煤方法。由于煤層較硬,采空區(qū)遺留有一定厚度浮煤。另外,工作面采用五巷制,即三進二回的通風方式,工作面采空區(qū)漏風點多,漏風環(huán)境復雜。因此,8617工作面回采期間防火壓力較大。工作面回采期間采用以粉煤灰灌漿為主的防火技術(shù)措施,分別制定了工作面初采、正?；夭?、工作面推進不正常以及停采撤架期間防火技術(shù)措施,確保了工作面的安全回采。8617工作面可采儲量約142萬t,每噸原煤按市場價385元計算,間接效益約5.47億元。3.3充填材料可以變廢為寶粉煤灰制漿固化膨脹充填系統(tǒng)自動化程度高、可操作性強、勞動強度低、工藝簡單、工作效率高;同時,主要充填加固材料為熱電廠粉煤灰,能夠變廢為寶,減少了對周圍環(huán)境的污染。粉煤灰制漿固化膨脹充填系統(tǒng)為全封閉式制漿,工人操作的廠房污染較少,減少了粉煤灰對人體和環(huán)境的損害。3.4經(jīng)濟效益分析井下灌漿加固主要材料粉煤灰為熱電廠廢料,材料來源廣泛、成本低。增加密閉墻抗壓強度的原料為普通硅酸鹽水泥,來源廣泛。膠凝固化劑、膨脹劑和懸浮劑添加量較小,成本較低。經(jīng)核算,建造1m3密閉墻直接材料成本僅為300元左右,具有較大的經(jīng)濟效益。粉煤灰制漿固化膨脹充填系統(tǒng)自動化程度高、可操作性強、勞動強度低、工藝簡單、工作效率高;同時,主要充填加固材料為熱電廠粉煤灰,能夠變廢為寶,減少了對周圍環(huán)境的污染。粉煤灰制漿固化膨脹充填系統(tǒng)為全封閉式制漿,工人操作的廠房污染較少,減少了粉煤灰對人體和環(huán)境的損害。粉煤灰制漿固化膨脹充填系統(tǒng)裝備集制漿、輸漿、固化、膨脹充填于一體,既能用于工作面采空區(qū)的日常灌漿防火工作,又能對井下巷道進行充填加固,實用性強,建造一道密閉墻的成本不高,推廣應(yīng)用前景廣闊。4充填灌漿固結(jié)充填技術(shù)(1)采煤工作中應(yīng)及時有效地對工作面采取密閉措施控制巷道漏風,防止因漏風而造成的煤自然發(fā)火;(2)利用粉煤灰配置成的高參量粉煤灰漿液固化后能有效封堵工作面漏風,防止煤自然發(fā)火;開發(fā)的粉煤灰漿液固化密閉充填技術(shù)實現(xiàn)了通過地面灌漿設(shè)備將灌漿充填材料按比例混合,利用灌漿管網(wǎng)將混合漿液輸送至井下密閉內(nèi),一次性直接充填加固