充填式永久密闭墙快速构筑技术研究

　　摘要：针对目前砖石结构永久密闭墙存在的人工劳动强度大、构筑时间长、容易开裂的问题，利用柔模袋、木板、单体柱制作临时框架，采用泵送高水充填材料方式，极大地提高了密闭墙构筑效率，减小了劳动强度。高水充填材料密闭墙强度快速增长，适应了工作面快速推进需求，同时具有良好的接顶性能和可缩性，减少了开裂漏风现象。

　　关键词：永久闭墙,可缩性,高水充填材料

　　矿井通风中，永久密闭墙一方面隔绝采空区瓦斯外泄，一方面防止新鲜风流进入采空区引发煤炭自燃等事故，起着至关重要的作用，矿井每年需要构筑大量永久密闭墙。目前常用的永久密闭墙为砖石结构，施工几乎全部依赖人工砌筑，尤其是接近顶部时，人工劳动量更大，顶部密闭性差差，构筑时间长，并且砖石结构虽然强度高，但是存在着受压易开裂漏风现象[1~2]。针对这些问题，本文提出了一种充填式永久密闭墙快速构筑方法，通过泵送高水充填材料砌筑，极大的提高了永久密闭墙构筑的效率和质量。

　　1高水充填密闭墙材料性能

　　1.1永久密闭墙性能要求分析

　　1)密闭性良好。永久密闭墙主要作用是隔绝两侧的风流，因此密闭性是其最主要的性能要求。2)构筑速度快。高效综采工作面推进速度约8m/d~10m/d，每隔5d~7d需要构筑一个永久密闭墙，构筑速度必须满足工作面回采;3)接顶良好。密闭墙构筑时，顶部处理较为困难，人工填塞质量差，顶部密闭不严，造成漏风，因此，顶部材料需要有一定的主动膨胀接顶性能。

　　4)强度快速增长。工作面推进速度快，材料必须在2d内达到设计强度，否则无法承受顶板周期来压时剧烈的矿压作用，造成墙体压裂破坏;5)适当的可缩让压性能。顶板周期来压引起的顶板下沉不可避免，砖石结构刚性墙体受压变形后破裂，丧失支撑能力，因此，墙体必须有一定的可缩让压性能，能够产生一定的变形而不被压裂;6)材料强度适中。密闭墙如果能够有一定承载能力，始终保持与周围贴合严实，即可达到阻挡风流的目的，强度适中即可，强度过高一方面造成材料浪费，另一方面容易压裂，过低容易导致顶板下沉量过大。

　　1.2高水密闭墙充填材料性能

　　高水密闭墙充填材料是一种专门针对密闭墙性能要求研发的一种新型材料。材料为A料和B料两种粉剂，按1:1配合使用。其主要性质如下：

　　1)用水量大，材料消耗少。水灰比可在0.8∶1～2.5∶1之间调整，较常用水灰比为1.2∶1～1.8∶1之间，砖石类水灰比在0.3:1左右;2)单液性能稳定，利于泵送。单液料浆可存放2h以上，具有良好的流动性、悬浮性，可以实现远距离泵送;3)混合快速凝固，利于模板稳定。初凝时间可控制在1～30min之间。终凝时间可控制在5～60min之间，快速凝固使墙体很快具备自稳能力;4)强度增长快。1.5∶1水灰比条件下，2h单轴抗压强度为4MPa，1d强度5.5MPa，90d强度为8.5MPa;5)膨胀率高，顶部接顶效果好。膨胀率在1%～20%之间可调，1.5∶1水灰比条件下，膨胀率为19.7%，正常充填阶段减小膨胀率提高强度，充填接顶阶段提高膨胀率;6)可压缩性好，不开裂，残余强度高。加入纤维材料，受压时能够保持较好的完整性，单轴压缩量为8%时，材料残余强度可达到峰值的60%以上。

　　2永久密闭墙快速构筑技术

　　2.1充填系统

　　永久密闭墙构筑属于规模相对较小的充填工程，采用井下泵站充填方式。泵站采用2台充填螺杆泵、两趟单液输浆管路、一趟混合管路、连接件、充填材料即可。充填时，通过两台螺杆泵分别制备两种浆液，通过螺杆泵挤压输送，两趟单液浆管路可以实现远距离输送，在充填地点混合进行充填。

　　2.2充填模板支设

　　主要使用柔模袋作为充填模板，模袋材料采用阻燃和抗静电的一级风筒布。柔模袋为长方体结构，无底，尺寸根据联络巷断面大小确定，宽度一般为2m。为提高墙体受压稳定性，模袋加工有3×5个对拉锚杆穿孔，间排距为1m，预装对拉锚杆。支设模板时，提前顶部靠近外侧还加工有2个充填灌注孔。柔模袋顶部周边及四条垂边每隔200mm加工一个吊环，方便柔模袋的吊挂。柔模袋采取吊挂方式，内侧采用方柱和木板制作挡墙，外部采用单体支柱和木板制作挡墙。

　　3效果考察

　　以成庄矿4320工作面密闭墙构筑为例，考察高水充填材料密闭墙效果。1)施工情况。一个永久密闭墙的支设模板、充填工序，全部在5h~6h内完成，极大的提高了永久密闭施工速度，泵送方式极大的减小了人工劳动强度。1d内达到5MPa设计强度，满足了工作面快速推进的要求。2)墙体变形观测。工作面推过60d，墙体滞后工作面约450m，变形基本结束，顶板下沉量约200mm，两帮移近量约250mm，墙体随联络巷断面变形而压缩，起到了良好的让压作用，墙体压缩率与联络巷变形量基本匹配，墙体没有出现开裂现象。3)瓦斯浓度监测。采用墙前瓦斯浓度监测方式，每天监测密闭墙前瓦斯浓度。通过60d观测可以看出，永久密闭墙墙前瓦斯含量在0.2%~0.4%之间，与回风顺槽瓦斯含量基本一致，没有出现后期压裂瓦斯泄漏现象。

　　4结论

　　1)高水充填密闭墙材料具有良好的接顶性能、可压缩性、可泵送性，满足永久密闭墙性能要求;2)一个永久密闭墙施工仅需要5h~6h，极大的提高了永久密闭施工速度，泵送方式极大的减小了人工劳动强度;3)现场变形观测和瓦斯监测结果，表明墙体有良好的可缩让压性，没有出现开裂。

　　参考文献：

　　[1]蔡艺华,王飞.煤矿井下采空区密闭墙相关问题的探讨[J].煤炭技术,2004,23(3):63-64.

　　[2]魏德宁.煤矿新型永久密闭墙研究与稳定性分析[J].煤炭科技,2009,28(1):10-11.

　　相关期刊推荐：《煤炭技术》于1982年创刊，曾用名《国外煤炭》，1995年改现名。是经国家科技部和国家新闻出版总署批准的国家级期刊，是集技术性、实用性、导向性和服务性于一体的颇具影响力的综合性煤炭技术类月刊。