煤矿用无机发泡充填材料研发及其应用研究

针对某矿井空巷、上隅角和高冒区带来的冒顶、瓦斯积聚、煤层自燃等问题,研发了一种无机发泡充填材料,并分别制定空巷、上隅角和高冒区的治理方案和施工工艺,开展工业试验,同时对治理效果监测和分析。研究结果表明:研发的无机发泡材料具有速凝、早强、发泡倍数高(可控)、不燃的特性,且适用的水灰比范围大、抗压强度可达1.2~4.5 MPa。采用的施工工艺简单,充填效率高,能够满足空巷充填、上隅角密闭和高冒区充填等工程。现场工业试验也证明了研制的无机发泡材料的应用可有效控制空巷变形,解决了上隅角瓦斯浓度高和漏风的问题,也避免了高冒区瓦斯积聚、煤层自燃的现象,一定程度上可为矿井安全高效开采提供保障。

无机发泡充填材料试验研究

研制了一种无机发泡充填材料,研究了不同的固相比与水固比对该充填材料性能的影响。结果表明:在同一固相比下,随着水固比的增加,充填材料流动性越好,凝结时间越长,抗压强度逐渐降低,水固比由0. 40升至0. 65,其干密度呈下降趋势;在同一水固比下,随着固相比的增加,充填材料流动性越好,凝结时间越长,抗压强度逐渐降低;该充填材料发泡起始时间在10 min左右,整个发泡过程持续约5 min,充填材料抗压强度随期龄的增加而小幅度增强;随着充填材料水固比与固相比的提高,减少了铝胶与钙矾石的生成,降低了充填材料的强度。该成果对充填材料的研究具有一定的参考价值和指导意义。

掘进巷道过高冒区支护技术应用研究

为解决四通煤业4204回风巷过断层期间高冒区顶板破碎、瓦斯积聚的难题,提出了无机发泡充填材料配合“锚索+锚网带+架棚”的联合支护方案,并通过数值模拟、现场实测确定围岩变形量。结果表明:FLAC3D模拟高冒区联合支护技术实施后,顶板垂直应力峰值从6.98×104 Pa降至1.05×104 Pa,顶板中部最大下沉量减少了123.74 mm,现场实测巷道过断层掘进联合支护后30 d高冒区顶底板移近量稳定在105 mm左右,高冒区围岩变形得到有效控制;钻孔窥视结果显示充填体内部结构致密并紧贴煤岩体,充填密封性好,杜绝了高冒区瓦斯积聚等潜在隐患。