稿件來源：《中國(guó)煤炭報(bào)》2021年11月11日4版

冀中能源辛安礦率先實(shí)施堆噴混凝土沿空留巷技術(shù)——

筑起一面“墻”  資源有保障

單一用途的煤礦井下用密閉墻，在冀中能源峰峰集團(tuán)辛安礦被重新定義。通過骨料改良、優(yōu)化材料混合配比，加高增厚的密閉墻替代了原本應(yīng)有的采空區(qū)邊界保護(hù)煤柱，解放辛安礦11212-2煤柱工作面近4萬噸優(yōu)質(zhì)焦煤資源，一舉增效5000余萬元。

施工順利，采煤區(qū)區(qū)長(zhǎng)殷張雷笑得開懷，“一天3米的堆噴混凝土沿空留巷推進(jìn)速度，煤炭增收已成定局。”

方案確定一波三折

近年來，冀中能源深入挖掘優(yōu)質(zhì)煤炭資源潛力，實(shí)施精煤生產(chǎn)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一研發(fā)、統(tǒng)一調(diào)運(yùn)、統(tǒng)一銷售、統(tǒng)一利用、統(tǒng)一考核、統(tǒng)一管理的研發(fā)格局和運(yùn)行機(jī)制，形成了完整生產(chǎn)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建了精煤生產(chǎn)統(tǒng)一高效大格局。

作為冀中能源“大精煤”戰(zhàn)略生產(chǎn)鏈中重要一環(huán)，辛安礦低灰分、低硫分、高熱量、易洗選等特點(diǎn)的焦煤成為洗選、冶金等行業(yè)搶手資源。“辛安礦進(jìn)入生產(chǎn)末期，資源稟賦已捉襟見肘。”礦長(zhǎng)劉軍動(dòng)擔(dān)憂，一旦原煤生產(chǎn)受限，將對(duì)冀中能源整個(gè)“大精煤”戰(zhàn)略形成影響，“通過科技手段延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，是唯一出路。”

從2018年開始，辛安礦著手“找煤增量，謀久做長(zhǎng)”。在當(dāng)時(shí)112163運(yùn)煤巷，他們初次嘗試超前爆破切頂卸壓+恒阻錨索+墩柱沿空留巷方法。“由于巷旁支護(hù)強(qiáng)度低，斷面留設(shè)較大，采空區(qū)封閉性差，大量墩柱出現(xiàn)歪扭、折斷，多次整修、補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，未能阻止變形持續(xù)增大的留巷圍巖。”總工程師王金濤的壓力，來源于厚煤層實(shí)施沿空留巷的技術(shù)瓶頸。

緊接著，他們引進(jìn)時(shí)下盛行的柔模混凝土巷旁充填沿空留巷技術(shù)，同樣由于厚煤層適應(yīng)性、采空區(qū)封閉不理想，充填后的墻體抗拉、抗剪能力較差而放棄。

“自己適用的，才是最好的。”王金濤說，得知太原理工大學(xué)井下堆噴工藝密閉墻技術(shù)具有承載性強(qiáng)、密封性好、施工快速高效、成本低廉等特點(diǎn)，且能轉(zhuǎn)做沿空留巷技術(shù)使用，他們決定在2#煤層11212-2運(yùn)料巷做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

王金濤要解決的，首先是墻體抗壓、抗剪能力的達(dá)標(biāo)。“留巷成功的關(guān)鍵，在于‘墻體’足夠支撐礦壓帶來的巷道頂板離層或下沉變形。”

難題破解觸類旁通

在煤炭行業(yè)，無煤柱開采并不新奇。運(yùn)用堆噴混凝土沿空留巷工藝，配合超前切頂卸壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)沿空留巷無煤柱開采，卻可能首開先河。

堆噴施工前，技術(shù)科科長(zhǎng)王波組織人員在井上制作了多個(gè)由砂石料、水泥、JCT-1噴射混凝土外加劑（由太原理工研制提供）等按設(shè)計(jì)比例配比并充分混合的混凝土模塊，送至河北工程大學(xué)做單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

結(jié)果令人大跌眼鏡。“一上壓力，模塊即粉碎。”殷張雷實(shí)在搞不懂，按照配比精心制作、細(xì)致養(yǎng)護(hù)的模塊竟如此不堪。

反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果相同。問題出在哪？大家一籌莫展。

求助電話打回太原理工。了解情況后，技術(shù)人員給出答案：人工拌料配比難與噴漿機(jī)媲美，實(shí)驗(yàn)?zāi)K須在井下施工現(xiàn)場(chǎng)制作。

再次送檢，養(yǎng)護(hù)3天、14天的模塊承壓強(qiáng)度分別達(dá)到15兆帕、25兆帕。“普通單體液壓支柱的支護(hù)強(qiáng)度僅有11.4兆帕，結(jié)果超出預(yù)期。”殷張雷如釋重負(fù)。

應(yīng)對(duì)剪應(yīng)力破壞，王波也有辦法。堆噴墻體內(nèi)外整體由2層鋼筋網(wǎng)“護(hù)體”，適當(dāng)增加橫向連接鋼筋，墻體抗剪能力大幅提高；墻體中心巷道底板位置每隔1米打設(shè)2根錨桿，與澆筑的墻體融為一體，可防止頂板來壓時(shí)墻體發(fā)生滑移破壞。

“礦壓在線系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，頂板來壓時(shí)墻體形變微乎其微。”王波說。

殷張雷面臨的難題也不少：噴漿機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間稍長(zhǎng)，馬上“趴窩”；留巷作業(yè)緊跟工作面，矸石滑落時(shí)有發(fā)生，影響進(jìn)度；噴漿作業(yè)粉塵超標(biāo)，危害職工健康、影響設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)；如何實(shí)現(xiàn)堆噴墻體定時(shí)養(yǎng)護(hù)……

采煤區(qū)成立了技術(shù)攻關(guān)小組，實(shí)地認(rèn)證加具體解決，“洋醫(yī)生”“土郎中”攻克了一個(gè)個(gè)難題。

2臺(tái)噴漿機(jī)輪流施工作業(yè)、檢修，確保1臺(tái)完好、備用；靠采空側(cè)應(yīng)用木點(diǎn)柱+鋼筋網(wǎng)+風(fēng)筒布方式施工，有效阻止矸石滑落、采空區(qū)漏風(fēng)；噴漿管路尾部10米處改為有注水口軟管，80%水量提前與物料混合，其余20%水量仍由噴漿頭注入，粉塵下降70%；自制墻體霧化養(yǎng)護(hù)裝置。在墻體頂端鋪設(shè)軟管與霧化噴頭串聯(lián)連接，利用風(fēng)動(dòng)裝置每2小時(shí)對(duì)墻體實(shí)施20分鐘水噴淋養(yǎng)護(hù)。

技術(shù)工藝精益求精

自7月5日始，堆噴混凝土沿空留巷工藝應(yīng)用至今，辛安礦已堆噴留巷150余米，安全生產(chǎn)原煤13萬噸，解放呆滯煤量0.77萬噸。帶來的減少掘進(jìn)工作面數(shù)量、釋放掘進(jìn)隊(duì)伍、縮短采掘銜接時(shí)間等利好逐步顯現(xiàn)。

嘗到甜頭的王波，干起活來勁頭更足了。他盤算著繼續(xù)優(yōu)化工藝，降低成本，使“堆噴”工藝高效運(yùn)行。

“混凝土墻體設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，骨料石子直徑為30毫米。由于JCT-1噴射混凝土外加劑的作用，石子被優(yōu)化為10毫米。”為了增加墻體抗壓抗剪能力，王波將水泥、石子、沙子、外加劑1：1：2：0.1配比調(diào)整為1：1.5：1.5：0.1，并在墻體內(nèi)添加錨桿做配筋，“經(jīng)過實(shí)測(cè)，3天、14天養(yǎng)護(hù)模塊的承壓強(qiáng)度分別為19.43、29.1兆帕，受力強(qiáng)度大幅提升。”

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，采煤區(qū)技術(shù)創(chuàng)新帶頭人、副區(qū)長(zhǎng)郭蘭印帶領(lǐng)工友連續(xù)攻關(guān)。

他和機(jī)電工長(zhǎng)陳麗軍正馬不停蹄安裝新設(shè)計(jì)的噴漿機(jī)提前注水管，方便下個(gè)班組施工。“我們將原來直徑6毫米的1個(gè)注水口，調(diào)整為直徑10毫米的8個(gè)注水口，進(jìn)水霧化更細(xì)密。”郭蘭印有信心把施工現(xiàn)場(chǎng)粉塵發(fā)生率再降15%。

一個(gè)班下來，堆噴班班長(zhǎng)孔祥虎對(duì)改良的噴頭贊不絕口，“省水不說，骨料粘稠度合適了，出料‘順滑’了。”

他還說，前不久郭蘭印發(fā)明的“吊線堆噴”法，在3.6米高的墻體上下平均布設(shè)5排吊線，墻體堆噴厚薄均勻，“你看，像不像長(zhǎng)城？”超產(chǎn)的孔祥虎指著墻體呵呵笑。

“下一步，我們將通過減少施工中運(yùn)料次數(shù)、利用廢舊物料充填等舉措，加強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)、提高支護(hù)強(qiáng)度、縮小支護(hù)寬度，確保堆噴混凝土沿空留巷工藝投資少、見效快、收益好。”劉軍動(dòng)安排殷張雷外出考察大流量噴漿機(jī)，“工效提升1倍指日可待”。

（王海  王利國(guó)  張波）