超高水充填材料在采矿工程中的应用分析

超高水充填材料在采矿工程中的应用分析

高伟峰

山西华晋明珠煤业有限责任公司

高伟峰，性别男，山西省临汾市乡宁县人，2014年6月毕业于宁夏大学，大专，现从事煤矿，研究方向采矿工程，拟评工程师，山西华晋明珠煤业有限责任公司。

摘要：为更好地提高煤矿采矿工程质量水平，有效解决工作面过空巷等问题，可结合工程项目实际需求适当选取超高水充填材料，落实精细化施工作业方案，进一步调节相关参数的水平，保证作业的安全性和稳定性，实现经济效益和安全效益和谐统一的目标。本文简要介绍了超高水充填材料，并对采矿工程中超高水充填材料的具体应用要点展开讨论。

关键词：超高水充填材料；采矿工程；采空区

0 引言

    随着煤矿开采工作的发展进步，煤炭自发火、“三下”压煤等问题的处理效果受到了更多的关注，许多研究人员都将注意力集中在材料处理方面，对超高水充填材料的研究也越来越深入，在实际工作中，要结合工程项目的具体需求和现场作业情况，优选超高水充填材料，并配置具体的技术方案，更好地搭建稳定且和谐的作业环境，维系工程项目可持续发展的动力。

1 超高水充填材料概述

    在超高水充填材料中，两部分材料要配水完成单浆液的调制，一部分是铝土矿为基础，并复合添加超缓凝剂。另一部分则是以石膏材料为基础，并复合速凝剂，两部分要按照1:1的体积比完成配比使用，在经过一段时间的凝固，就能形成较为稳定的充填体，一般是在8min到30min之间完成初凝，最终的强度能达到0.66MPa到1.66MPa之间。与此同时，正是因为单浆液可适当调控其凝固时间，为此，能应用在管路作业中，维持长距离输送的可控性和完整性[1]。

2 超高水充填材料在采矿工程中的应用要点

2.1 超高水充填材料在采空区的应用

较为常见的作业方式分为开放式超高水充填材料充填处理、袋装式超高水充填材料充填处理、混合式超高水充填材料充填处理，要结合采矿工程的实际需求并依据现场条件优选适配的方案。

在传统的垮落法开采作业结束后，整个煤矿作业区域的采空区会划分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，为保证后续作业的稳定性和安全性，要依据规范化管理要求开展稳定的填充作业，借助超高水充填材料能在采空区覆岩延滞阶段对其进行填充处理，发挥材料的应用价值，更好地胶结为稳定的整体形势，避免矸石压实问题对后续采矿作业产生的影响，也能最大程度上避免采空区顶板垮落等安全隐患，确保覆岩的裂隙问题不会形成蔓延的趋势，更好地保证上为岩层的综合质量水平，共建稳定安全的采矿作业环境。与此同时，也正是因为超高水充填材料的设置和处理，能极大程度上缩小了下沉带的下沉空间，保证地表下沉量能在安全作业的控制范围内[2]。

2.2 预充空巷中应用超高水充填材料

在煤矿开采作业中，预充空巷是较为常见的问题，不仅会对后续采矿工作产生影响，也会制约整体煤矿区域综合运营的效果，为此，要结合实际情况和具体需求合理优选适配的材料，搭建更加稳定的材料填充控制模式，以便于能减少安全隐患问题。之所以要处理预充空巷问题，是因为工作面在空巷附近时巷道设置的支护结构无法有效承载超前支撑压力，引发巷道和工作面煤帮片帮的问题，严重者会造成顶部断裂，出现端面冒顶问题。应用超高水充填材料能更好地维持填充处理效果，提高控制安全水平。

2.2.1 技术原理

    在预充空巷开采作业中，为保证超高水充填材料能发挥其实际价值，要结合实际情况选取适配的技术方案，并搭建规范化的技术应用结构，主要包括充填泵站和充填点，两个接水源连接对应的浆液预拌桶，混合两种浆液后进入双液泵，配合三通等基础元件，就能直接到达预充填空巷。

利用超高水充填材料将空巷填满后，就能辅助整体岩体结构恢复，甚至能达到原岩体的结构状态，利用填充材料替换了空巷结构，减少了维护作业的难度，也为空巷和工作面之间煤柱的稳定性提供了保障，优化其承载能力。需要注意的是，超高水充填材料在完成固结后能具备较大的承载力水平，支撑基础顶结构的同时完成墙壁、顶板结构的填充作业，更好地避免片帮和冒顶等问题[3]。

2.2.2 应用案例

    某煤矿企业在煤矿开采过程中应用了超高水充填材料完成预充空巷的工作，整体效果较好。项目组在进行工作面管理的过程中发现存在3处高冒区，其中2处为冒落媒体封闭巷道，并且，顶板结构的破碎度较高，形成了严重的积水问题，对后续施工作业环境安全管理控制产生了威胁。为此，施工部门联合技术监督管理部门共同制定了超高水充填材料预充空巷的方案，设置分段阻隔的处理机制，有效维持强度要求，并减少隐患问题留存造成的影响。在完成一系列作业后，对工作面进行了测试，煤墙顶板的完整度较好，且整体工作面矿压处于正常区间，未出现任何顶板漏冒的问题[4]。

2.3 注浆堵水中应用超高水充填材料

    对于煤矿开采工作而言，岩层防水工作也非常关键，利用注浆处理的机制，能更好地维系综合作业的安全性，相较于传统黏土、石灰类注浆材料，超高水充填材料能极大程度上提高防水性能，因为材料自身的粘性和浆体流动性较好，为此，能更好地调控凝固时间，避免出现分层离析的问题，保证岩层防水处理作业更加科学稳定

[5]。

2.4 灭火处理中应用超高水充填材料

超高水充填材料不仅可以作为填充材料对层级结构进行充填，还能将其应用在新型灭火方案中，更好地避免传统灭火浆液易流失、流动性差等问题。

2.4.1 分类

较为常见的超高水充填材料灭火技术分为以下几点：

一是密闭式注浆防灭火技术模式，在将火源隔离后，借助超高水充填材料完成空间的填充，浆液能实现空间内的凝结固化处理，有效避免火势的蔓延。

二是钻孔注浆灭火技术模式，一般是对矿区内暗处或者是无法完全封闭区域内的火灾问题，利用钻孔贯通处理的方式，向钻孔内注入超高水充填材料制备的浆液，并在顶部进行喷浆处理。

三是综合注浆灭火技术模式，一般是对高位媒体自燃的情况进行处理，向顶部注入可快速凝固的高水材料浆液，将火势固化在高位发挥区域内，此时，利用超高水充填材料，发挥其流动性好、粘结能力强的特点，有效密实区域的缝隙，维持整体作业的安全性[6]。

2.4.2 灭火作业

    超高水充填材料之所以能开展灭火处理，是因为浆液在温升环境下形成了水蒸气，带走热量的同时降低煤的氧化活性，从而更好地维持火灾区域的热稳定性，维持救火的基本效果。并且，超高水充填材料还能达到可燃物和助燃物隔绝处理的目的，在提高媒体完整性和强度的基础上完成作业。

结束语：

    总而言之，在采矿作业中应用超高水充填材料具有重要的研究价值，要结合实际情况合理选取适配的技术方案，发挥采空区、预充空巷技术的优势，并利用超高水充填材料完成灭火作业和堵水作业，为采矿工作可持续发展奠定基础。

参考文献：

[1]王旭锋,贾俊飞,杨战标,等. 极松软厚煤层超高巷道顶部高泡材料充填体强度确定[J]. 采矿与岩层控制工程学报,2023,5(4):73-83.

[2]胡世杰. 矸石超高水材料混合胶结充填体力学性能研究[D]. 中国矿业大学,中国矿业大学(江苏),2023.

[3]许俊恒,任晓鹏,王小东. 超高水材料充填回收浅埋大巷煤柱参数设计及围岩变形控制研究[J]. 金属矿山,2021(10):15-20.

[4]张晓东. 试论采矿工程中超高水充填材料的应用标准与展望[J]. 中国石油和化工标准与质量,2021,41(11):128-129.

[5]赵家巍,苏腾,荣腾龙,等. 超高水充填材料侧限压缩应力应变本构关系研究[J]. 采矿与安全工程学报,2020,37(2):394-400.

[6]李明. 邯郸矿区超高水材料充填开采岩层与地表移动规律研究[D]. 河北:河北工程大学,2019.