泵送充填千米巷道充填管路留浆技术应用

摘要：充填管路满管留浆，就是当充填管道内膏体料浆基本输送完成后，利用粉煤灰替代水泥，与充填骨料同时注满充填管道并予以保留，以此来替代充填后清洗管路的步骤。本文对西马煤矿充填管路留浆技术的创新与应用进行分析阐述。

关键词：泵送充填；管路清洗；管路留浆；粉煤灰

中图分类号：TD823.71 文献标识码：A

0 引言

针对我矿地面村庄较为密集，占压煤炭资源量较大等特点，与中国矿大合作研发了泵送膏体充填开采技术。具体工艺是：地面矸石经破碎形成充填膏体的骨料，将粉煤灰与破碎后的矸石、水泥混合后进入搅拌系统，加水进行搅拌，制成浓度高、流动性好的充填膏体，利用充填泵通过管路输送到工作面充填空间内，形成人造岩柱。随着充填技术的成功应用，对管路清洗成为我矿充填改造的又一个研究课题。

1 问题的提出

西马煤矿北翼充填采区1201采面井下标高为-165.78～-266.78m，范围内地表大部分处于村庄。该工作面布置三条顺槽，采用对拉开采布置两个切眼，采用倾斜长臂后退式开采方法，刨煤机落煤，膏体充填法管理采空区，即将破碎的矸石、水泥、粉煤灰按比例混合形成膏体，经充填泵加压，通过布置在巷道内的充填管路将膏体运送至工作面充填。充填后上、下顺槽沿空留巷，中顺不在留巷，在下采面充填时将中顺一起充填。该系统充填管路干线长1300m且工作面未预留排水道，若按传统方法进行清洗充填管路，需额外铺设排水管线，增加排水设备，增加排水人员。

2 充填系统概述

2.1 充填采区设置水泥仓、矸石仓和充填泵站。

水泥由运输区运至水泥仓上口，翻车进入水泥仓。放仓经胶带输送机与北翼充填采区矸石仓下的胶带输送机上的矸石混合，经北翼充填采区材料上山胶带输送机运至北翼充填采区充填泵站。

粉碎的矸石和粉煤灰由地面矸石山经投料孔进入井下矸石仓，放仓经北翼充填皮带运输巷胶带输送机运输到北翼充填采区矸石仓，放仓后与水泥混合，经北翼充填采区材料上山胶带输送机运至北翼充填采区充填泵站。

2.2 膏体配比及充填工艺流程

膏体为水泥、粉煤灰、破碎的煤矸石和水，按重量比1：4：10：4混合而成。

充填工艺流程：回收待充填区域单体液压支柱→设置充填池→充填管路连接→充填管注入粉煤灰浆→充填管注入膏体→充填管注入粉煤灰浆→充填结束。

2.3 作业方式

工作面回采采用分段做作业，工作面充填采用追充作业。一个采面进行一班检修、两班采煤和充填作业，同时另一个采面充填。

3 工艺创新

传统管路清洗有两种方法，即水洗和气洗。

（1）水洗：在进行水洗时，先断开管路末端再向料斗注满水（须保持水源不断），泵送水，直到水从输送管的前端冒出为止，这个时候清洗才算完成

（2）气洗：即用压缩空气吹洗，它是将浸透水的清洗球先塞进气洗接头，并在管路的末端接上安全盖（安全盖的孔口须朝下）。气洗时，须控制压缩空气的压力不超过管路可承受压强；气阀要缓慢开启，当充填料能顺利流出时才可开大气阀。但气洗不可能洗很长的管路，对远距离的管路应分段清洗，

每次泵送作业完成后，应该立即用气或水把管内膏体全部清洗出管外。不管水洗或气洗，都要将管道和料斗清洗干净。清洗质量的好坏，会直接影响到下一次的泵送作业，清洗不及时很容易出现堵管现象，当清理管道堵塞操作不当时很容易对机械造成损坏。并且以上两种方式均需严格按规定操作，要求管路密封性好，操作须谨慎，危险性较大，所以施工人员要远离出口方向，以防止粒料或清洗球飞出伤人。而且由于充填管路系统结构单一，管路内沉积物很容易脱落卷起，造成堵管事故，严重阻碍充填正常进行。

我矿根据充填管路系统暴露的实际问题，结合流体力学、混凝土学科相关教材，研究有效的充填管路冲洗办法，即每次充填即将结束时停止水泥的掺入，向充填管路内注入矸石粉煤灰浆，待充填管路末端见粉煤灰浆后，停止充填作业。将粉煤灰包裹充填骨料注满充填管路并予以保留，代替充填结束后的管路清洗。

4 理论依据

采用充填管路留浆替代传统管路清洗方法，主要是充分发挥粉煤灰的使用。粉煤灰是从燃煤发电厂锅炉烟气中收集的粉状灰粒。粉煤灰用作充填后预留管路内部的掺和料的理论依据在于粉煤灰的基本效应，粉煤灰颗粒形貌、粗细、表面粗糙度、内外结构和密度特征在混合料中产生的效应，主要影响混合料的需水量和流变性能。粉煤灰中富含大量球状玻璃微珠，加大投入粉煤灰使用量置换等比水泥，能够使混合料中颗粒分散，使其粘度降低，可有效降低管路内部摩擦力，增加润滑作用。从而显著改善混合料的工作性。另外，由于粉煤灰的密度小于水泥，在等质量取代水泥的时候，能够使混合料中的浆体的体积增加，界面结构加强，骨料包裹更加密实，更充分发挥粉煤灰的活性和填充效应，防止由于离析作用使骨料与浆体分离产生管路堵塞，这也是改善混合料工作性的另一重要作用。

5 经濟效益分析

充填泵采用HBMD-100/21-220S型煤矿用混凝土泵，输送缸规格为φ200×2000mm，输送量71m3/h；干线管路长1300m，充填管选型为φ219×10mm耐磨无缝钢管。充填时，采用人工打设充填池。水泥、粉煤灰、破碎的煤矸石和水，按重量比1：4：10：4混合而成，该采面每日充填一次。

通过表1对比可以得出，采用管路留浆技术后，既提高了采面充填效率，又提高了工时利用率，每年只电费就可节约70.15-56.79=13.36（万元）。

6 结束语

矿山充填开采随着环保和资源回收方面的需求而越来越受到重视，新的充填技术的探讨和创新，会给矿山带来更好的资源效益和经济效益。随着我国倡导建设绿色矿山，科学发展的模式得到人们的普遍认同，如何降低工人劳动强度，提高资源综合利用率，降低充填成本，减少矿山生产的安全隐患，将是矿山充填继续努力的方向。