厚煤层巷内预构膏体充填带无煤柱开采技术

【摘 要】主要介绍淄博矿业集团许厂煤矿，利用地面商品混凝土搅拌站制作膏体，通过钻孔管道输送到井下工作面巷道内，砌筑膏体充填带替代保护煤柱，提高煤炭资源回收率。

【关键词】商品混凝土；保护煤柱；回收率

概述

许厂煤矿长壁工作面开采区域，一般工作面长度195 m，推进长度1000 m左右，邻近工作面间留宽5 m保护煤柱，每条煤柱将损失煤炭资源约2万吨，另外，许厂煤矿开采煤层（3下煤层）为厚煤层，煤层节理裂隙发育，留5 m窄煤柱护巷，采空区侧漏风较严重，巷道围岩变形量也比较大，易形成安全隐患。膏体充填带作巷旁充填体，该膏体充填体具有密实程度高、接顶效果好、增阻速度快、支护阻力高的优势，不但回收保护煤柱，提高资源采出率，还有效杜绝采空区漏风，消除安全隐患。

1 3302工作面皮带顺槽支护设计

充填试验选择在330西翼采区3302工作面皮带顺槽进行，皮带顺槽设计宽度5.7 m，高度4.0 m，矩形大断面，为巷旁充填预留宽度空间2 m。

试验工作面皮带顺槽沿煤层顶板掘进，选择许厂煤矿目前回采巷道普遍应用的支护形式，即锚网索联合支护，基本支护方案如附图1巷道支护断面图所示。

附图1巷道支护断面图

2 无煤柱膏体充填材料

充填砼强度为C30。充填膏体为普通商品混凝土。

3 无煤柱膏体充填工艺

（1）充填前准备工作：提前回撤已充填区的端头模板，支充填区外侧单体支柱固定侧模板，固定充填区端头模板及布料管，实现充填区全部密封。

（2）充填施工：地面开启水泵，向混凝土泵料斗供水排出管内气体加隔离清洗球罐车向充填泵料斗泄入灰砂浆向充填泵泄入混凝土加隔离清洗柱泵送清水清洗管路。

（3）充填完毕后工作：拆下一循环的管路，并安装端头截止阀及泄压阀，为下一循环做准备。

4 无煤柱膏体充填实施方法

4.1 充填区支设

充填区一次支设20m，分两次充填，第一次充底，第二次接顶，充填区外支设7m的废料区。充填区采用DW45-250/110XL单体液压支柱配合铰接顶梁、建筑用钢模板以及撑木进行支设。

从巷中向充填侧偏800mm支设单体支柱，贴支柱自下向上支设模板，支模板前在底板挖深200mm、宽50mm的沟，将彩条布铺在模板下及内侧。模板用铁丝绑在支柱上加固。最上层模板与顶板接茬处，采用在铰接顶梁上部放置彩条布。

为防止充填区内混凝土侧压过大挤倒单体支柱造成跑摸，在单体支柱底、中、顶部分别顺巷道架设一根18#槽钢做为横梁，然后在底、中、顶三个部位垂直于槽钢支设3根撑木，其顶、中部用单体支柱。

端头模板支设时方法同上，另用2棵2.8m的液压支柱做为斜支撑加固。

4.2 充填管路注水

充填区支设完毕后，充填前对所有单体支柱二次注液。充填过程由跟班队长指挥，所有阀门开启以及地面混凝土泵送等都通过电话通知。

首先进行注水排气，注水前将井下所有截止阀全部开启，从地面混凝土泵送站向管路内注水排气，管路内注满水后加入清洗球。为隔离水和混凝土，首先泵送6m3灰浆，然后再泵送混凝土，当清洗球到达钻孔底1#截止阀时，看阀门人员要立刻打电话通知地面泵站，泵送一定距离之后，停止泵送进行自流。在2#截止阀前段安装一个清洗球捕捉器，通过捕捉器与排水管路连接，当清洗球到达捕捉器时，将2#截止阀关闭，拆下捕捉器，接好充填布料管，布料管另一端与可视控制模板连接。连接好之后，开启2#截止阀开始充填混凝土。

4.3 充填混凝土

充填时地面充填站要同时具备两辆混凝土罐车实现连续浇注，防止管路中混入空气。

充填现场观察、控制混凝土的流量以及浓度。当混凝土泵送完毕后再加入一组清洗球，再泵送清水，同样当清洗球通过1#截止阀时，看阀门人员立刻电话通知地面泵站，泵送一定距离之后，停止泵送进行自流，自流的过程中通过1#截止阀控制水的流量，当充填区充满后，关闭2#截止阀，将布料管拆开放至废料区，再开启2#截止阀，将余料充填至废料区，清洗球打入废料区后，关闭2#截止阀，拆除布料管，连接排水管，将1#、2#截止阀全部打开，泵送清水清洗管路，并将拆除的布料管用水清洗一遍，充填完毕。

5 无煤柱膏体充填墙体矿压观测

为了加强对混凝土墙回采期间以及后期掘进巷道期间的压力观测，在充填过程中先后安装三组压力观测设备，每组安装4个位移计、6个压力盒，10条数据观测线（150m/条）。附图2压力盒应力与工作面回采关系曲线，附图3水平位移计位移与工作面回采关系曲线

附图2 压力盒应力与工作面回采关系曲线

附图3 水平位移计位移与工作面回采关系曲线

在每组观测设备以外150m处对位移计、压力盒的数据用数据收集仪进行采集，整理数据之后进行分析总结，矿压观测结果表明：工作面前方充填体受力较小，工作面前方60m以内，最大应力仅为1.91 MPa，说明充填体受本工作面超前采动影响不明显；工作面推过测站充填体后，60m以内充填体受力整体呈现下降趋势。

6 经验总结

（1）利用地面商品混凝土，生产效率高。

（2）巷旁充填所需要材料通过钻孔管道输送到井下工作面，减小了矿井辅助运输压力。

（3）巷旁充填安排在顺槽一侧进行，并超前回采工作面，对回采工作面生产没有影响。

（4）巷旁充填材料在地面机械化完成，井下减少装、运等环节，既省人员提效，又减轻工人劳动强度。

（5）下一工作面相邻巷道沿巷旁充填体掘进，巷道只受一次采动影响，易于维护。

经过实践证明，膏体充填能够有效的回收保护煤柱，提高煤炭回收率，创造利润1042.25万元，而且能有效的杜绝采空区漏风，消除安全隐患，解决了后期沿空掘巷围岩变形问题，具有广阔的推广应用前景。