综采工作面水泥矸石墩沿空留巷充填技术的研究应用

摘要 四川川煤华荣能源股份有限公司小宝鼎煤矿近年来一直致力于采煤工作面沿空留巷技术研究，根据原采煤工作面运输巷上帮采用“水泥+煤”浇注混合墙体沿空留巷的经验和教训，发现采用“水泥+煤”浇注的墙体在老顶来压后呈现不同程度的开裂、垮落、离层现象，影响了沿空留巷墙体的整体质量，消耗了煤炭资源,增加了巷道维护量；且充填速度跟不上综采工作面推进度；针对原沿空留巷充填的这些缺点，经过分析原因和查找沿空留巷墙体开裂的根源，并根据煤层顶板的特性，矿课题组研究决定在工作面运输巷上帮采用“水泥矸石墩”砌筑墙体的方式实施沿空留巷。

关键词水泥矸石墩沿空留巷 研究应用

中图分类号：TU525文献标识码： A 文章编号：

一、工作面基本情况

工作面运输巷道为梯形断面，其断面及支护图（如图1-1所示）。该巷道支护方式为锚网梁、锚索支护，巷道净宽为4.0m，巷道中高为2.55m。

工作面煤岩层平均倾角17°，煤层平均厚度为2.73m。顶板自下而上岩性为：泥质粉砂岩，厚0.9m；39#煤层，厚1.1m；粉砂岩，厚1.65m；39-2煤层，厚0.54m；老顶为灰色粉砂岩，厚度3.31m，底板为灰色厚层状砂岩，厚3.6m。柱状图（如图1-2所示）。

图1-1 巷道断面及支护图

图1-2 柱状图

二、水泥矸石墩沿空留巷施工技术

(一)施工方法

先使用水泥砂浆混合体在煤层底板上浇筑底座,再使用水泥墩在底座上砌筑墙体。根据综采工作面运输巷现场围岩状况和沿空留巷的要求,沿空留巷后的巷道宽度保持3.0m。

(二)施工步骤

随着工作面的推进,滞后2m～5m砌筑墙体,施工工序为;安全检查---找顶---准备材料---使用水泥矸石墩砌筑墙体---浇筑底座。

(三)施工技术规定

1、水泥砂浆的混合体底座

（1）底座倾斜剖面尺寸:宽度：0.7米高度：0.5米

（2）水泥砂浆质量配比为：水泥：沙＝1：3;水泥标号为：425#。

（3）底座两侧采用木模板支护维护底座成型，模板采用厚度20mm木板加工而成，长度根据每次浇筑长度而定，一般为1m～2m。前侧挡板根据底座宽度而定，长度为0.7m，宽度和两侧模板宽度一致。

2、浇筑水泥砂浆混合体底座

（1）浇筑前必须先将施工范围内煤清净见底板，并用水浇湿。

（2）浇筑时，操作人员必须打好招呼，注意站位安全，防止碰伤人员。

（3）翻摘临时支柱时必须坚持先支后摘的原则，即先在需要重新打柱的位置打好替换支护，然后再翻摘临时支柱。翻摘临时支柱的人员必须使用不少于3-5ｍ的长绳拴卸载手把，站在支护齐全的安全地点远距离卸载。

（4）底座必须提前进行浇筑并且浇筑到实底，找好水平面,，其养护时间为24小时（即24小时后底座才能达到足够的支护强度）。

3、砌筑水泥矸石墩墙体

(1)水泥矸石墩规格：500㎜×200㎜×200㎜（长×宽×高），水泥墩墙体倾斜剖面尺寸（见图）：宽度：0.5m。高度:以接顶严实为准。

（2）在水泥砂浆混合体底座上砌筑水泥矸石墩墙体时，必须保证底座养护时间达到24小时以上。

（3）砌墙时若出现沟缝，使用水泥砂浆填实，并用水泥矸石墩将沟缝压严、压实；每次砌墙时，保持连接面呈阶梯状。

（4）墙体必须保证接顶严实，若局部地段无法接顶时，用水泥砂浆填实。

（3）墙体形成后，保证巷道宽度为3m,墙体成一直线。

4、水泥墩柱：

随着工作面的推进，为增强水泥矸石墩的支护强度，另在巷道底座上增加砌筑水泥墩柱加强支护质量，水泥墩柱间距为3.0m，宽（倾斜）：1.0m；长（走向）：1.0m，高度以接顶严实为准。

5、砌筑墙体

（1）砌筑墙体前，先将底座上的浮煤、浮矸等杂物清扫干净，并保证底座平整，强度足够。

（2）砌墙时,作业人员要严格执行敲帮问顶制度,找净帮顶活石、伞檐，并仔细检查作业范围内的支护情况，发现隐患及时处理，严禁空顶作业。

（3）砌墙时，水泥矸石墩要码放整齐，上下层接触面要平整，水泥墩之间要接触严实，沟缝要用水泥砂浆填实，并保证墙体的直线度。

（4）砌墙过程中，人员传递水泥矸石墩要稳妥，站位要安全，防止掉落伤人。

（5）砌墙过程中，因巷道高度需要搭设架子作为站台时，必须保证搭设的架子稳固、可靠；上站台时，要注意顶板上的锚索、锚杆末端，防止撞伤。

（6）砌筑墙体滞后工作面煤壁不得超过7m，墙体应接顶严实并达到强度后（养护时间至少24小时）方可拆除墙体上方支护。

（7）回收墙体上方单体液压支柱时，墙体下方不得有人。

（8）墙体上、下的支柱一次性拆除困难时，必须用打点柱的方法逐步替换后在进行拆除，以免顶板掉活石伤人。

（9）砌墙过程中，作业人员要携带便携式瓦检仪，随时检查作业地点的瓦斯情况，瓦斯浓度超过0.8%时，必须立即停止作业，采取措施处理。

（10）每砌筑一段墙体后，必须滞后墙体2～3m在运输巷内设好栅栏、挡矸密集，禁止人员进入。

三、水泥矸石墩沿空留巷和常规沿空留巷效益分析比较

根据11391-1运输巷同时采用水泥矸石墩沿空留巷和常规沿空留巷效益分析作比较。

1、常规沿空留巷效益分析

（1）沿空留巷的长度和规格：长度为：700米。高度：3.0米。上宽2.0米。下宽：2.5米。

计算充填一米墙体的体积和材料消耗量：

（2.0+2.5）×3.0/2×1=6.75(m3)

按1:2.427 (水泥：煤)重量比换成体积比约为1:2.34。

6.75×1/(1+2.34)≈2.26(m3)

水泥比重按1.35吨/m3计算，则需要水泥消耗量为:

2.26×1.35≈3.04(吨)

煤的比重按1.4吨/m3计算，则需要煤的消耗量为:

（6.75-2.26）×1.4≈6.29(吨)

（2）消耗材料价值计算；

水泥的价格为500元/吨。煤的价格为260元/吨。

沿空留巷长度按700米计算，需要的材料消耗为：

水泥消耗费用：500×3.04×700=106.4（万元）

煤消耗费用：260×6.29×700=114.5（万元）

合计消耗费用为：106.4+114.5=220.9（万元）

2、水泥矸石墩沿空留巷效益分析

（1）沿空留巷的长度和规格：长度为：700米。高度：3.0米。宽度：0.5m。

计算充填一米墙体的体积和材料消耗量：每块水泥矸石墩的体积为： 0.2m×0.2m×0.5m=0.02m3，每块水泥矸石墩的重量为43kg，，每块水泥矸石墩质量配比为1:3 (水泥：矸石)，

计算每块水泥矸石墩水泥的消耗量为：43×1/（1+3）=10.75 kg/块，矸石消耗量为：43×3/（1+3）=32.25 kg/块；

每米水泥矸石墩墙体消耗水泥墩75块，计算每米水泥矸石墩墙体水泥消耗量为：75×10.75=806.25 kg=0.81吨/米，矸石消耗量为：75×32.25=2418.75 kg=2.42吨/米。

水泥矸石墩柱水泥消耗量：通过计算每个水泥墩柱需要75块水泥墩，700米共需砌筑233个水泥墩柱，共需要水泥墩17475块，其水泥消耗量为：17475×10.75=188吨。

（2）消耗材料价值计算；

水泥的价格为500元/吨。制作水泥矸石墩的人工消耗费用为：1元/块，（砌筑墙体沟缝）水泥消耗量0.15吨/米。

沿空留巷长度按700米计算，需要的材料消耗为：

（水泥矸石墩）水泥消耗费用：500×0.81×700=28.4（万元）

（水泥矸石墩柱）水泥消耗费用：188×500=9.4万元

（砌筑墙体沟缝）水泥消耗费用：500×0.15×700+500×0.15×233=7.0（万元）

人工消耗费用：1×75×700+17475×1=7.0（万元）

矸石消耗量：2.42×700+233×2.42=2258（吨）

合计消耗费用为：28.4+7+7+9.4=51.8（万元）

3、根据水泥矸石墩沿空留巷和常规沿空留巷效益分析可以看出，沿空留巷长度按700米计算。常规的沿空留巷材料等消耗的价值为220.9万元，而利用水泥矸石墩沿空留巷材料等消耗的价值为51.8万元，在这两种方案比较下，水泥矸石墩沿空留巷得到的效益是169.1万元，还为生产矿井消耗2258吨矸石，缓减了地面排矸石的压力，保护了矿区环境。

四、效果

11391-1综采工作面运输巷水泥矸石墩沿空留巷段，经过几次老顶周期来压后对沿空留巷巷道进行观测，发现巷道内墙体无压裂现象，水泥矸石墩柱只是出现了少许的裂缝，巷道变形量小，巷道未出现跑风和漏风现象，经济社会效益显著。