柏建彪高水充填材料沿空留巷技术

高水充填材料沿空留巷技术中国矿业大学柏建彪（博士、教授）13951359087，[e-mail]高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授139513590872主要内容1沿空留巷的意义2国内外研究现状3沿空留巷巷旁支护机理4高水充填材料巷旁充填沿空留巷技术5高水充填材料充填实例高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908731沿空留巷的意义沿空留巷：在工作面回采时将1条巷道保留下来作为邻近工作面的1条巷道使用。第一工作面第二工作面采空区移近速度巷道移近量ⅠⅡⅢⅣⅤ充填带高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908741沿空留巷的意义1）提高煤炭资源采出率、延长矿井服务年限，针对焦煤2m厚，留巷1米多回收3~6万元焦煤，留巷费用每米5000元左右；2）少掘进1条巷道，解决采掘接替紧张的难题；第一工作面第二工作面采空区移近速度巷道移近量ⅠⅡⅢⅣⅤ充填带高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908751沿空留巷的意义3）减少下井人数，掘进1条巷道每天用工40~50个，沿空留巷每天用工6~10个；4）实现Y型通风，解决隅角瓦斯积聚的问题；增加1条回风通道和抽放采空区及下区段和邻近煤层瓦斯的场所，实现煤与瓦斯共采。第一工作面第二工作面采空区移近速度巷道移近量ⅠⅡⅢⅣⅤ充填带高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908762国内外研究现状巷旁支护是沿空留巷维护效果好坏的关键。传统的巷旁支护如矸石带、密集支柱、木垛等普遍存在增阻速度慢、支承能力小、压缩变形量大、密闭性能差、劳动强度大，力学性能与沿空留巷围岩变形不相适应等缺点，不利于沿空留巷。第一工作面第二工作面采空区移近速度巷道移近量ⅠⅡⅢⅣⅤ充填带高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908772国内外研究现状膏体材料充填沿空留巷充填工艺较复杂、设备投资较大（一套设备300~400万元）、辅助运输工作量大（是高水充填材料的10倍）。高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908782国内外研究现状高水充填材料-中国矿业大学承担“七五”、“八五”国家科技攻关项目成果。1吨材料充填2~3m3、20~30min内凝结，强度达到8~12MPa。高水充填材料具有支护阻力大、增阻速度快、适量可缩，巷道维护效果好，充填工艺及充填设备简单的优点，已经在徐州矿务集团、沁新集团、焦煤集团、天安煤业、新汶矿业集团、潞安集团、邯郸矿业集团等得到推广应用，即将在联盛集团、兖州、窑街、贵州大方等地应用。高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908793沿空留巷巷旁支护机理3.1巷旁支护体作用机理（1）巷旁支护体早期强度大、支护直接顶、防止直接顶离层，切断采空区的直接顶。（2）充填体快速（一般3~5天）达到切顶阻力，切断采空区侧老顶。冒落矸石支撑更上位岩层。巷旁支护体巷道煤体αqsinαNBPqyNAcdATAMBqcosαTBeMLTBNCTCCx0qcosα00高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授13951359087103沿空留巷巷旁支护机理3.1巷旁支护体作用机理（3）巷旁支护体具有适量的可缩量。（4）采空区顶板破断、运动稳定后，充填体维持巷道上方已切断岩层的平衡。巷旁支护体巷道煤体αqsinαNBPqyNAcdATAMBqcosαTBeMLTBNCTCCx0qcosα00高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授13951359087113沿空留巷巷旁支护机理3.2沿空留巷力学模型采空区弧形三角块巷旁支护体工作面推进方向巷旁支护体巷道煤体αqsinαNBPqyNAcdATAMBqcosαTBeMLTBNCTCCx0qcosα00沿空留巷力学模型——平面图沿空留巷力学模型——剖面图高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授13951359087123沿空留巷巷旁支护机理3.3巷旁支护阻力求解02000001[(cos)()()cos()()2xqLCyPMNqexcdqqxcdxxdx000(sin)()sin()()]/()22CBBhdTqehSMqxcdSxc巷旁支护体巷道煤体αqsinαNBPqyNAcdATAMBqcosαTBeMLTBNCTCCx0qcosα00高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授13951359087134高水充填材料巷旁充填沿空留巷技术高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908714高水充填材料（BX）性能水平No水灰比凝结时间/min抗压强度/MPa初凝终凝4h24h7d11.50:17224.489.1412.1621.90:18274.286.398.2432.05:110293.755.597.3242.25:112413.024.615.5952.50:117582.424.145.1562.70:119661.943.464.3173.00:120751.532.743.39高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908715高水充填材料力学性能适应沿空留巷围岩活动规律，留巷效果好。02468101205%10%15%20%25%单轴抗压强度/MPa垂直应变高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908716高水充填材料巷旁充填工艺充填系统和充填工艺简单。充填泵及搅拌桶地面培训工作面充填体搅拌桶吸浆槽充填泵吸浆管入料口料场料场充填管路浆液可以远距离输送，充填设备可以放在上、下山，不影响顺槽使用、减少辅助运输工作量高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908717高水充填材料巷旁充填沿空留巷特点：①高水充填材料用量少、成本低，辅助运输工作量小；②远距离输送，输送距离＞2000m；③快速凝固、增阻速度快，能快速支撑顶板；④固化体有一定压缩率，适应沿空留巷大变形；⑤充填系统费用较低，一套设备30万元左右，充填工艺简单。高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908718沿空留巷经济效益分析（以采高2m计算）序号费用类别数量单价成本费用（元/m）1人工费1.5工/m200元/工3002高水充填材料费2.0t/m1350元/t27004钢筋网4m2/m35元/m21405充填袋0.33个1500元/个5006梯子梁2.5根/m70元/根1757对拉钢筋5根/m60元/根3008二次复用时卧底及其它费用300总计：4415多回收焦煤产生的效益采高煤柱宽度容重煤的重量吨煤利润留巷每米利润2m20m1.3554t700元/t37800元高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授13951359087195高水充填材料充填实例中国矿业大学成功应用高水充填材料先后在徐州庞庄矿东城井炮采工作面、徐州夹河煤矿综采对拉工作面、新汶翟镇煤矿综采工作面、潞安常村煤矿综放工作面、沁新集团的沁新矿和新源矿、邯郸矿务局、焦煤集团和天安煤业实施高水充填材料沿空留巷。即将在联盛、兖州南屯煤矿、窑街海石湾煤矿、大方小屯煤矿等推广应用。高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908720沿空留巷成功案例之一：1992年徐州庞庄矿东城井，采高2.0m，直接顶页岩2.5m，向上3.0m的砂页岩互层。模板成型采空区切顶情况高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908721沿空留巷成功案例之二：1994年新汶翟镇煤矿1201西综采工作面，面长155m、留巷长800m，采高2.2m，直接顶粉砂岩7m，中间夹一层平均厚0.6m的煤层、老顶为2～10m的砂岩。抗压强度/MPa充填类型水灰比高水材料用量kg/m3粉煤灰用量kg/m3水用量kg/m31d3d7d28d净浆充填2.5：135008804.04.55.15.4灰渣充填2.5：13002507503.63.9高水充填材料沿空留巷技术沿空留巷成功案例之三：焦煤九里山矿，煤厚6m、巷道底板为3m厚煤层，解决高瓦斯煤层抽放和采掘接替难题沿空留巷施工沿空留巷顶板状况沿空留巷维护柏建彪教授13951359087沿空留巷维护高水充填材料沿空留巷技术沿空留巷成功案例之四：山西沁新集团沁新煤矿和新源煤矿，开采焦煤，解决高瓦斯通风、提高回收率和邻近采空区巷道维护困难的难题。柏建彪教授13951359087高水充填材料沿空留巷技术沿空留巷成功案例之五：天安煤业二矿第二个工作面回采前方巷道维护效果留巷施工期间巷道维护效果柏建彪教授13951359087高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908725高水充填材料充填冒顶空巷实例：潞安集团王庄煤矿，综放工作面面长270m、前方有1条空巷、巷道沿底板掘进。高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908726高水充填材料充填空巷实例：冒顶高度最高9m、长度130m。高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908727充填空巷实例：应用高水充填材料充填冒落空间形成人工假顶采煤机截割充填体情况高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908728皮3皮5皮6皮7回4回5回6回7回8轨2轨4回9回10回11回12回13皮8回14回15轨5轨7轨6,,皮9皮10B1高水充填材料充填空巷。高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908729采用巷采的区域，回收率仅15~20%，采用高水充填材料充填已经回采的区域，防止采空区瓦斯积聚，防止冒顶、片帮，形成整体后进行开采。高水充填材料沿空留巷技术柏建彪教授1395135908730谢谢