岱庄煤矿膏体充填管路方案选择及优化设计

岱庄煤矿膏体充填管路方案选择及优化设计解飞翔（淄博矿业集团公司岱庄煤矿）摘要：膏体充填就是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、炉渣、劣质土、城市固体垃圾等固体废物在地面加工成无临界流速、不需脱水的膏状浆体，利用充填泵或重力作用通过管道输送到井下，适时充填采空区的采矿方法。

该文就岱庄煤矿膏体充填管路方案选择及优化设计进行阐述，以供同行参考。

关键词：膏体充填管路方案选择优化设计0引言针对岱庄煤矿村庄压煤严重，大量条带煤柱丢失的实际情况，膏体充填开采技术，岱庄煤矿通过膏体充填开采技术实现不迁村、少赔偿解决条带煤柱，保证矿井可持续发展；岱庄煤矿采用拟采用以煤矸石作为膏体充填料浆的骨料，输送阻力相对较大，同时为了保证输送距离较远的东西佛店村下膏体充填开采工作面的生产要求，所以，岱庄煤矿充填系统流速按以下原则进行设计：在充填泵最大充填能力时，保证流速控制在1.0～1.5m/s之间。

1充填管直径的选择岱庄煤矿膏体充填首试2351工作面条带煤柱可采煤量高达691.7万t，充填管径选择主要根据2351充填的需要考虑。

岱庄煤矿膏体充填系统设计能力120～150m3/h，流速1.0～1.5m/s，要求充填管道的内径为160～230mm；充填泵的输送速度受其液压马达驱动装置的能力限制，充填泵的输送能力也是有限制的，理论管输能力超过充填能力时说明这种情况充填泵在较小压力状态下工作，实际压力小于最大工作压力。

2干线充填管道参数选择2.1干线充填管形式：干线充填管形式有五种选择，一是普通无缝钢管，二是耐磨无缝钢管，三是双层金属耐磨复合钢管，四是陶瓷双层耐磨复合钢管，五是超高分子特塑钢编复合管。

根据国内外矿山充填实践经验，普通无缝钢管、耐磨无缝钢管（单层）具有初期投资较低的特点，但是，耐磨性能较差，使用寿命短，有的只数月就磨透报废，总的性价比不理想；双层耐磨金属复合钢管与陶瓷双层耐磨复合钢管，外层为无缝钢管，内层高耐磨金属材料与陶瓷，二者耐磨性能好，耐磨性能是优质无缝钢管的5～7倍以上，性价比高，相比之下陶瓷双层耐磨无缝钢管存在内层性脆，运输安装与使用要求高，所以，充填以双层耐磨无缝钢管更为有利，金川有色金属公司、太平煤矿、峰峰小屯矿等膏体充填都选择双层耐磨金属复合钢管，内层为KMTBCr耐磨金属材料；特塑钢编复合管具有耐磨性能好、管道光滑、输送阻力小、重量轻等特点，性价比高，所以，岱庄煤矿干线充填管设计选择双层金属耐磨复合钢管，工作面管选择薄壁无缝钢管。

2.2充填管路内径选择：进一步分析2300采区特点，上帮区最远条带煤柱工作面为CT2316面，充填管路长度4640m，如果按照该面充填，系统能力还能够达到120m3/h以上设计充填管道，则要求充填管内径DN≥200mm，初步选择充填管路内径为200mm。

2.3干线管路系统最大压力：干线管系统最大压力与充填钻孔位置选择有关。

充填钻孔布置在充填站内。

由于充填钻孔布置在充填站旁边，地面充填管很短，干线管路系统最大压力就在充填钻孔底部，最大压力等于充填泵的最大出口压力加上钻孔高度料浆自重产生的压力。

按照推荐的充填泵出口压力12MPa，考虑钻孔料浆重力作用，钻孔底部最大压力20MPa。

2.4管道壁厚度要求：根据选择双层金属耐磨复合钢管方案，计算安全承压需要的管道壁厚指的是的双层金属耐磨复合钢管外层无缝钢管的壁厚，耐压计算时不计内层耐磨金属环的作用，计算偏于安全。

根据《输送流体用无缝钢管》（GB8163-1999）标准，双层金属耐磨复合钢管外层无缝钢管材料选择Q345号钢，该种钢抗拉强度为490MPa。

参照矿山充填经验，无缝钢管的允许拉应力一般取其抗拉强度的40%，所以Q345号钢无缝钢管的允许拉应力[σ]t=198MPa；另外考虑不均匀及锈蚀等因素的附加厚度δ1=3mm，由于无缝钢管有耐磨金属内衬层，允许磨蚀厚度可以不考虑，取δ2=0mm；根据矿山充填一般经验，充填管耐磨层厚度取10mm，则可以按照充填管道系统最大压力，利用下式计算干线充填管道外层无缝钢管的壁厚。

δ=P max·D2[σ]t+δ1+δ2如果按照充填钻孔布置在充填站内考虑，干线充填管路最大工作压力D max=20MPa，将其代入上式，计算得到外层无缝钢管的壁厚=13mm。

2.5干线充填管道规格：根据前面计算得到的干线充填管道外层无缝钢管的壁厚、充填管内径要求和耐磨层厚度值，计算出外层无缝钢管理论直径，再进一步参考《热轧无缝钢管品种》（GB8162，8163-87），找出与理论直径最接近的标准无缝钢管品种为Φ245×10mm，即为初步设计管道，考虑耐磨层厚度10mm，则有效内径DN=201mm，对应2300上帮区最远工作面，即2317/18煤柱工作面，开始回采期间充填管道最长达到5000m，管输能力为114m3/h，达到设计能力下限的95%，应该说基本满足要求，其它更近的工作面，管输能力能够完全达到设计能力。

综合考虑，岱庄煤矿干线充填管为Φ245×（12+10）mm双层金属耐磨复合钢管，其中外层为Φ245×12mm规格Q345号钢无缝钢管，耐磨层为KMTBCr金属材料，厚度10mm，该种规格管每米重量100.8kg/m。

干线管总长度按照5000m考虑。

而岱庄煤矿膏体充填一个重要的特点是，充填管道距离远，首试条带煤柱工作面充填管道就将达到2440m，如果矿准备为6300采区、7300采区充填，最远充填管道长度将达到6000m。

3管路布置3.1管路布置遵循以下基本原则①混凝土输送管路，绝不承受任何外界拉力；②管路布置按最短距离和最少弯头的原则来铺设；③输送管路布置在非人性侧处，主要是为安全考虑。

以便清理和更换输送管路；④离充填泵3～5m处的输送管路要浇注一个体积为1～2m3的混凝土块来固定输送管，以吸收泵送混凝土流动时的反作用力，便充填泵平稳和减少输送管路的振动；⑤与充填泵出口直接相连的输送管，加以固定，以便在每次泵送停止后，清洗管路时拆装方便；⑥充填泵附近，以及人员容易接近的地段，对输送管路都加以必要的防护物，防止因管破裂或因管卡松脱造成人员受伤。

⑦各管路保证连接牢固、稳定、弯管处加设牢固的固定点，以免泵送时管路产生摇晃、松脱；⑧各管卡不与面或支承物接触，全部留有一定间隙，便于拆装，同时各管卡全部一定型紧到位，保证接头密封严密，不漏浆、不漏气；⑨垂直向下的管路布置：岱庄煤矿的钻孔管垂直高441.5米，所以在井下立管底部设置锚杆固定装置和底座固定装置（如图1）。

⑩水平管路铺设全部有牢固的支承，由于靠率输送管路工作时间较长时，管路全部用管座支撑衬垫（如图2）；矿山天地169矿山天地4271B8工作面过褶曲时成功回采的经验总结高士田（淮南矿业集团谢一矿）摘要：4271B8工作面遇到褶曲时，顶板难以控制安全威胁较大，经过采取大量的措施，有效地遏制住了掉顶事故的发生，实现了安全回采。

关键词：工作面褶曲安全回采1工作面地质概况淮南矿业集团谢一矿位于八公山煤田中部，具有50多年的开采历史。

4271B8工作面南起-660mⅣ线石门以南90m，北至-660m中央出煤石门。

上限标高-539.0m，下限标高-670.5m。

本工作面B8煤层总体呈单斜构造形态，平均走向345°，倾向NE方向，平均倾角20度，在-600m标高附近，发育一以Ⅳ线为轴的宽缓向斜，导致煤层走向变化较大。

本工作面内B8煤层上部发育一层泥岩夹矸。

该层夹矸不稳定，厚度0～1.0m，平均约0.6m，夹矸上部的煤厚在0.5～1.0m之间，平均0.8m，夹矸之下的煤厚在2.5～4.0m 之间，平均3.4m。

B8煤层之上发育一层厚约1.2m左右的煤线层，与B8煤层之间的层间距约为1.2～2.4m，B8煤层顶板为复合顶板。

直接底为浅灰色，中厚层状，砂质泥岩，底板较软。

2工作面遇到的问题4271B8工作面从2008年6月开始回采，选择走向长壁悬移支架放顶煤采煤法，跟B8煤层直接底回采。

2009年1月开始遇见一以Ⅳ线为轴的宽缓向斜，此时工作面倾斜长310米，由于过褶曲，顶、底板全部上翻，导致全工作面煤壁到处片帮、掉顶，安全威胁极大。

3解决问题的方法要使工作面做到安全回采，只有下部不动，大量甩采上部，以达到《4271B8回采工作面作业规程》的中要求，按8～10度俯伪方向回采，才能有效地遏制住掉顶事故的发生。

由于工作面倾斜长310米，安装了3部刮板运输机，如果整峒甩采上部，则进度太慢，效果不佳。

因此只能先将工作面第三部链板机甩正后再甩采第二部，最后将整个工作面甩正。

4甩采期间的安全管理4.1提高工作面支护质量，有效控制顶板严格按《4271B8回采工作面作业规程》的中要求，支架排成一条直线，架间距（中～中）1.1米，三排支柱要成一条直线，保证纵横成行，架距偏差不超过±100mm，排距偏差不超过±50mm，确保工作面支架受力均匀。

底板较软，支柱必须穿鞋；移架及放炮前、后都要对支架进行二次注液，且每班配备一名专职测压员，保证每根支柱的初撑力随时不低于90KN。

支柱要垂直顶底板栽设。

由于工作面顶、底板全部上翻，所以每推进一峒都要挑顶，一次挑顶不超过300mm。

挑顶过程中造成支架仰脸的，移主梁前要先在老塘侧的架尾处沿走向架设好一梁两柱的（梁L1.0～1.6m×φ16～20cm/2的半圆木，柱为单体支柱）临时支护，待支架移好并支设正规后再卸临时棚。

工作面顶板破碎，实行带压移架，移架前必须在煤帮超前联网管理好煤帮后，方准移架。

煤壁片帮时及时伸前探梁或用L2.0m×￠18cm半圆木配DZ25-30/100型单体支柱架设一梁三柱顺山棚支护好顶板并背好帮。

煤壁片帮较宽探梁不能紧抵煤壁的，必须及时在架尾打好抗柱，严防支架往煤壁倾倒。

合理布置炮眼控制好装药量，压力大处要先伸前探梁过好顶进行临时支护后方准放底眼震动炮。

装、联炮时，至少有2名人员在现场，一人操作，一人观察顶板、煤帮情况，发现问题及时处理，防止在装、联炮时片帮掉顶伤人。

掉顶处严禁装药放炮。

放煤时，要实行低位放煤，且严禁放空老塘肩窝，掉顶处严禁放煤。

改变传统的采用爆破落煤及老塘放煤的方式，采取煤壁少装药或不装药；老塘少放煤或不放煤的方式。

工作面每10组悬移支架接一部风镐，采用风镐及手镐落煤，以减少爆破及放煤时对顶板的破坏。

空顶处必须用木料填平接实打上劲。

处理冒顶时，停止工作面链板机进行，并要有班长及以上管理人员现场指挥。

4.2采用浅孔注水措施充分湿润煤体。

工作面倾斜方向布置两排眼，眼距2米，眼深5米，上排眼仰角40～45度，开口位置距顶梁向下0.3米；下排眼垂直煤壁，距底板1米处开口。

钻孔开孔孔径为φ42mm，使用煤电钻施工，采用液压枪注水，要求边打钻边注水，直至相邻钻孔或煤壁出水为止（每孔注水时间不得小于15分钟）。