中国煤炭报:冀中能源辛安矿率先实施堆喷混凝土沿空留巷技术——筑起一面“墙” 资源有保障

发布时间:2021-11-11 09:14:10 冀中能源

稿件来源:《中国煤炭报》2021年11月11日4版

冀中能源辛安矿率先实施堆喷混凝土沿空留巷技术——

筑起一面“墙”  资源有保障

单一用途的煤矿井下用密闭墙,在冀中能源峰峰集团辛安矿被重新定义。通过骨料改良、优化材料混合配比,加高增厚的密闭墙替代了原本应有的采空区边界保护煤柱,解放辛安矿11212-2煤柱工作面近4万吨优质焦煤资源,一举增效5000余万元。

施工顺利,采煤区区长殷张雷笑得开怀,“一天3米的堆喷混凝土沿空留巷推进速度,煤炭增收已成定局。”

方案确定一波三折

近年来,冀中能源深入挖掘优质煤炭资源潜力,实施精煤生产统一规划、统一研发、统一调运、统一销售、统一利用、统一考核、统一管理的研发格局和运行机制,形成了完整生产链和产业链,构建了精煤生产统一高效大格局。

作为冀中能源“大精煤”战略生产链中重要一环,辛安矿低灰分、低硫分、高热量、易洗选等特点的焦煤成为洗选、冶金等行业抢手资源。“辛安矿进入生产末期,资源禀赋已捉襟见肘。”矿长刘军动担忧,一旦原煤生产受限,将对冀中能源整个“大精煤”战略形成影响,“通过科技手段延长矿井服务年限,是唯一出路。”

从2018年开始,辛安矿着手“找煤增量,谋久做长”。在当时112163运煤巷,他们初次尝试超前爆破切顶卸压+恒阻锚索+墩柱沿空留巷方法。“由于巷旁支护强度低,断面留设较大,采空区封闭性差,大量墩柱出现歪扭、折断,多次整修、补强支护,未能阻止变形持续增大的留巷围岩。”总工程师王金涛的压力,来源于厚煤层实施沿空留巷的技术瓶颈。

紧接着,他们引进时下盛行的柔模混凝土巷旁充填沿空留巷技术,同样由于厚煤层适应性、采空区封闭不理想,充填后的墙体抗拉、抗剪能力较差而放弃。

“自己适用的,才是最好的。”王金涛说,得知太原理工大学井下堆喷工艺密闭墙技术具有承载性强、密封性好、施工快速高效、成本低廉等特点,且能转做沿空留巷技术使用,他们决定在2#煤层11212-2运料巷做进一步实验。

王金涛要解决的,首先是墙体抗压、抗剪能力的达标。“留巷成功的关键,在于‘墙体’足够支撑矿压带来的巷道顶板离层或下沉变形。”

难题破解触类旁通

在煤炭行业,无煤柱开采并不新奇。运用堆喷混凝土沿空留巷工艺,配合超前切顶卸压技术,实现沿空留巷无煤柱开采,却可能首开先河。

堆喷施工前,技术科科长王波组织人员在井上制作了多个由砂石料、水泥、JCT-1喷射混凝土外加剂(由太原理工研制提供)等按设计比例配比并充分混合的混凝土模块,送至河北工程大学做单轴抗压强度测试。

结果令人大跌眼镜。“一上压力,模块即粉碎。”殷张雷实在搞不懂,按照配比精心制作、细致养护的模块竟如此不堪。

反复试验,结果相同。问题出在哪?大家一筹莫展。

求助电话打回太原理工。了解情况后,技术人员给出答案:人工拌料配比难与喷浆机媲美,实验模块须在井下施工现场制作。

再次送检,养护3天、14天的模块承压强度分别达到15兆帕、25兆帕。“普通单体液压支柱的支护强度仅有11.4兆帕,结果超出预期。”殷张雷如释重负。

应对剪应力破坏,王波也有办法。堆喷墙体内外整体由2层钢筋网“护体”,适当增加横向连接钢筋,墙体抗剪能力大幅提高;墙体中心巷道底板位置每隔1米打设2根锚杆,与浇筑的墙体融为一体,可防止顶板来压时墙体发生滑移破坏。

“矿压在线系统实时监测数据显示,顶板来压时墙体形变微乎其微。”王波说。

殷张雷面临的难题也不少:喷浆机连续运行时间稍长,马上“趴窝”;留巷作业紧跟工作面,矸石滑落时有发生,影响进度;喷浆作业粉尘超标,危害职工健康、影响设备运转;如何实现堆喷墙体定时养护……

采煤区成立了技术攻关小组,实地认证加具体解决,“洋医生”“土郎中”攻克了一个个难题。

2台喷浆机轮流施工作业、检修,确保1台完好、备用;靠采空侧应用木点柱+钢筋网+风筒布方式施工,有效阻止矸石滑落、采空区漏风;喷浆管路尾部10米处改为有注水口软管,80%水量提前与物料混合,其余20%水量仍由喷浆头注入,粉尘下降70%;自制墙体雾化养护装置。在墙体顶端铺设软管与雾化喷头串联连接,利用风动装置每2小时对墙体实施20分钟水喷淋养护。

技术工艺精益求精

自7月5日始,堆喷混凝土沿空留巷工艺应用至今,辛安矿已堆喷留巷150余米,安全生产原煤13万吨,解放呆滞煤量0.77万吨。带来的减少掘进工作面数量、释放掘进队伍、缩短采掘衔接时间等利好逐步显现。

尝到甜头的王波,干起活来劲头更足了。他盘算着继续优化工艺,降低成本,使“堆喷”工艺高效运行。

“混凝土墙体设计强度为C30,骨料石子直径为30毫米。由于JCT-1喷射混凝土外加剂的作用,石子被优化为10毫米。”为了增加墙体抗压抗剪能力,王波将水泥、石子、沙子、外加剂1:1:2:0.1配比调整为1:1.5:1.5:0.1,并在墙体内添加锚杆做配筋,“经过实测,3天、14天养护模块的承压强度分别为19.43、29.1兆帕,受力强度大幅提升。”

在生产现场,采煤区技术创新带头人、副区长郭兰印带领工友连续攻关。

他和机电工长陈丽军正马不停蹄安装新设计的喷浆机提前注水管,方便下个班组施工。“我们将原来直径6毫米的1个注水口,调整为直径10毫米的8个注水口,进水雾化更细密。”郭兰印有信心把施工现场粉尘发生率再降15%。

一个班下来,堆喷班班长孔祥虎对改良的喷头赞不绝口,“省水不说,骨料粘稠度合适了,出料‘顺滑’了。”

他还说,前不久郭兰印发明的“吊线堆喷”法,在3.6米高的墙体上下平均布设5排吊线,墙体堆喷厚薄均匀,“你看,像不像长城?”超产的孔祥虎指着墙体呵呵笑。

“下一步,我们将通过减少施工中运料次数、利用废旧物料充填等举措,加强主动支护、提高支护强度、缩小支护宽度,确保堆喷混凝土沿空留巷工艺投资少、见效快、收益好。”刘军动安排殷张雷外出考察大流量喷浆机,“工效提升1倍指日可待”。

(王海  王利国  张波)


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