下矿沿空留巷地面试报告

下矿沿空留巷地面试 下峪口煤矿沿空留巷 柔模泵注混凝土地面试验报告 实施单位:下矿生产科 实验日期:2011年9月13日—10月13日 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 目 录 概 述................................................................................................................................................ 3 一 地面试验实施阶段 ........................................................................................................................ 4 1.1 柔模泵注混凝土配合比设计 ............................................................................................... 4 1.1.1试验材料 ..................................................................................................................... 4 1.1.2 配合比设计及抗压强度检验报告 ............................................................................ 4 1.2 柔模泵注混凝土相关设备演练 ........................................................................................... 7 1.3 柔模泵注混凝土施工演练 ................................................................................................... 7 1.3.1 柔模泵注混凝土地面试验结构工艺 ........................................................................ 7 1.3.2 柔模泵注混凝土地面试验施工工艺 ........................................................................ 7 1.3.3 柔模泵注混凝土泵送工艺 ........................................................................................ 8 1.4柔模泵注混凝土回弹仪强度监测 ........................................................................................ 9 1.4.1监测 ..................................................................................................................... 9 1.4.2回弹值 ............................................................................................................... 10 1.5 柔模泵注混凝土技术要领 ................................................................................................. 10 二 地面试验阶段 ...................................................................................................................... 11 2.1混凝土试块抗压强度试验报告分析总结 .......................................................................... 11 2.2柔模泵注混凝凝土回弹仪监测分析总结 .......................................................................... 16 2.2.1柔模泵注混凝土回弹仪监测分析 ........................................................................... 16 2.2.2 柔模泵注混凝土回弹仪监测总结 .......................................................................... 16 附表一................................................................................................................................................ 19 致谢.................................................................................................................................................... 20 2 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 概 述 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验自2011年9月20日开始，于10月13日结束。此次地面试验历时23天，期间受降雨，材料准备等影响8天，有效试验天数15天。地面试验阶段分为两部分内容，具体如下: 一 地面试验实施阶段 1柔模泵注混凝土配合比设计。 2柔模泵注混凝土相关设备演练。 3 柔模泵注混凝土施工演练。 4 柔模泵注混凝土回弹仪强度监测。 5 柔模泵注混凝土技术要领。 二 地面试验总结阶段 1 混凝土试块抗压强度试验报告分析总结。 2 柔模泵注混凝土回弹仪监测分析总结。 3 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 一 地面试验实施阶段 下峪口煤矿沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验自9月20日—10月13日进入地面试验实施阶段，期间完成了以下工作: 1.1 柔模泵注混凝土配合比设计 1.1.1试验材料 下峪口煤矿21210沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验主要材料包括:细砂(当地产河砂)、碎石(石子粒径6-15mm)、水泥(富骊牌复合硅酸盐水泥42.5R级)、粉煤灰(电煤)、外加剂、柔模、自来水。 1.1.2 配合比设计及抗压强度检验报告 配合比试验总共送检混凝土试块一批次，共36组，每组三个试块。柔模泵注混凝土地面试验分为9种不同配合比，但根据现场试验最终确定4组配合比。 依据韩城衡瑞工程质量检测中心监测出具的混凝土抗压强度实验报告，检验数据见下表: 4 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 表1-1-1 配合比?及各龄期试块抗压强度检验结果 名 称 水 泥 水 砂 石 子 粉煤灰 外加剂 3?/m 450 195 800 900 120 1.8 龄 期/d 1 3 5 7 14 28 抗压强度/MPa 3.1 20.6 27.5 33.4 -- -- 达设计强度% 15.5 103 137.5 167 -- -- ? 水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥; 备 注 ? 砂率Sp=47.1% ? 水灰比W/C=0.43，坍落度在240,255mm之间。 表1-1-2 配合比?及各龄期试块抗压强度检验结果 名 称 水泥 水 砂 石子 粉煤灰 外加剂 3?/m 450 200 800 1000 120 1.8 龄 期/d 1 3 5 7 14 28 抗压强度/MPa 5 20 26.3 26.2 -- -- 达设计强度% 25 100 131.5 131 -- -- ? 水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥; 备 注 ? 砂率Sp=44.4% ? 水灰比W/C=0.44，坍落度在240,250mm之间。 5 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 表1-1-3 配合比?及各龄期试块抗压强度检验结果 名 称 水泥 水 砂 石子 粉煤灰 外加剂 3?/m 450 190 800 900 80 1.8 龄 期/d 1 3 5 7 14 28 抗压强度/MPa 3.1 23.7 29.7 33.5 -- -- 达设计强度% 15.5 118.5 148.5 167.5 -- -- ? 水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥; 备 注 ? 砂率Sp=47.1%; ? 水灰比W/C=0.42，坍落度在240,250mm之间。 表1-1-4 配合比?及各龄期试块抗压强度检验结果 名 称 水泥 水 砂 石子 粉煤灰 外加剂 3420 195 800 900 120 1.7 ?/m 龄 期/d 1 3 5 7 14 28 抗压强度/MPa 2.5 20 23.8 31.7 -- -- 达设计强度% 12.5 100 119 158.5 -- -- ? 水泥采用42.5R复合硅酸盐水泥; 备 注 ? 砂率Sp=47.1%; ? 水灰比W/C=0.46，坍落度在230,240mm之间。 6 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 1.2 柔模泵注混凝土相关设备演练 10月2日地面搅拌机(JS500)安装就位后开始对采煤队工人进行搅拌机现场操作培训。 10月6日煤矿用混凝土泵(HBMG-25/12-75S)泵安装到位后对其进行培训，并于10月8日顺利完成下矿柔模泵注混凝土第一模泵注。 10月9日煤矿用混凝土泵(HBMG-25/12-75S)泵安装到位后对其进行培训，于10月9日顺利完成第二、三模泵注。 10月13日顺利完成第四模泵注。 历时23天地面试验实施过程，让柔模支护工亲自上手操作、相互调换岗位学习，使其具备对混凝土搅拌机、煤矿用混凝土泵独立操作能力。 1.3 柔模泵注混凝土施工演练 1.3.1 柔模泵注混凝土地面试验结构工艺 柔模泵注混凝土地面试验结构具体工艺过程是将柔模通过脚手架固定，用混凝土泵将免振捣自密实混凝土拌和物泵入柔模中，利用柔模透水不透浆的特性，将多余的水分排出，降低水灰比，提高混凝土强度。 1.3.2 柔模泵注混凝土地面试验施工工艺 柔模泵注混凝土地面试验主要施工工艺流程为:搭设脚手架—— 7 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 挂设柔模——安装锚栓——泵注混凝土——养护——监测。 1.3.3 柔模泵注混凝土泵送工艺 在混凝土泵送工艺方面，模拟井下泵送作业程序操作，主要分为以下几部分: ?启动电机，使电机短时间空运转，并观察真空表，各压力表指示值正常。 ?泵水:泵送1,2料斗清水，湿润输送管路和混凝土缸。 ?泵砂浆:向料斗内注入水泥砂浆。砂浆配比为2:1，即两份砂、一份水泥和一份水配制而成。 坍落度要求在230--250 mm范围。 ? 泵送物料:当料斗中的砂浆位于搅拌轴以上时，加入物料，开动搅拌器，开始泵送。泵送至柔模接顶临界状态时,停止泵送4分钟左右待柔模内水份透出后,再开泵泵注,直至柔模饱满密实、充分接顶为止。 ?清洗管路及泵机:混凝土泵送完以后将两个直径为150mm的浸水海绵柱(球)放入管内，之后加水继续泵送，直至海绵柱(球)从输送管末端流出并将泵内残留混凝土清洗干净。 地面试验共完成柔模泵注混凝土4模。 柔模泵注混凝土试验过程中各模在泵注工艺上基本相同，各柔模在混凝土配比、泵送距离、监测方法等方面相同，但在施工中有个别差异。各柔模泵注混凝土施工明细见附表一。 8 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 1.4柔模泵注混凝土回弹仪强度监测 1.4.1监测方案 每个柔模泵注完后，用喷漆做相应标记及监测区域，以便进行回弹值强度监测。监测方案如下: , 依据中华人民共和国行业标准《回弹法检测混凝土抗压强度技术规 程》(JGJ/T23-2001)进行回弹法强度监测。 , 监测区域为每模上、中、下各取两个测区，每个测区大小为200mm ×200mm，每测区一次打16个点。如图2-4-1为柔模泵注混凝土强 度监测区域布置图。 , 监测时间间隔为1天、3天、5天、7天、14天、28天。 , 考虑到每次回弹检测时对该测区表面有损伤，如果后续监测仍检测 该测区将会影响其真实强度，故后续检测时适当更换测区，但应保 证其在对应的测区范围内。 图1-4-1柔模泵注混凝土强度监测区域布置图 9 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 1.4.2回弹值报表 每次回弹时做好原始数据，并根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2001)做好数据处理，回弹值报表见附表一。 1.5 柔模泵注混凝土技术要领 柔模泵注混凝土主要原材料包括:水泥(普通硅酸盐水泥42.5R级)、中砂(此次地面试验用细砂)、碎石(石子5-15mm连续级配)、粉煤灰(电煤)、外加剂、柔模、自来水。 在料场按照设计配合比例将水泥、砂、石子、粉煤灰、外加剂加入混凝土搅拌机(JS500)进行搅拌，搅拌机搅拌过程中不加水。干料拌均匀后通过搅拌机底部卸料口进行装袋，泵注时再将袋装干料倒入混凝土泵(HBMG-25?12-75S)搅拌槽内，每槽干料加水连续搅拌不少于3分钟;混凝土泵司机在搅拌过程严格控制好水量，使搅拌槽内的混凝土彤落度控制在220,240mm。待混凝土搅拌均匀后，开启搅拌槽下部卸料口，待混凝土放入料斗后进行泵送。 通过对下峪口煤矿地面试验过程中所供原材料有一定含水，但在地面试验过程中柔模泵注混凝土干料搅拌—装料—上料—加水搅拌—泵送过程相对连续，所以对原材料含水率要求不高。 柔模泵注混凝土井下作业时因为干料搅拌—装料与上料—加水搅拌—泵送过程之间不连续，所以必须保证原材料的干燥性。如果原材料含水率超标，则只能在地面干料搅拌时，将砂、石、粉煤灰进行搅拌装袋，水泥、外加剂则在井下混凝土泵搅拌时单另按比例添加。 10 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 二 地面试验总结阶段 2.1混凝土试块抗压强度试验报告分析总结 桑矿柔模泵注混凝土地面试验采用4组不同配合比制作试块，4组不同配合比见表3-3-1。结合在其他煤矿的实践经验及室内试验报告分析得出:在试验时，砂率Sp取40%—50%，坍落度在220—270mm之间，水灰比在0.45—0.55之间，外加剂的掺量占水泥用量的0.3% ，粉煤灰的掺量占水泥用量的15%—25%，最后根据试验结果选—0.4% 定最佳配合比。 3表3-3-1 柔模泵注混凝土各配合比表 单位:?/m 备 注 配合比序号 水 泥 水 砂 石 子 粉煤灰 外加剂 普通硅酸盐42.5R水泥 配合比? 450 195 800 900 120 1.8 普通硅酸盐42.5R水泥 配合比? 450 200 800 1000 120 1.8 普通硅酸盐42.5R水泥 配合比? 450 190 800 900 80 1.8 普通硅酸盐42.5R水泥 配合比? 420 195 800 900 120 1.7 配合比?砂率Sp为47.1%，即细砂为800kg，石子为900kg。经坍落度试验测得，混凝土拌合物的流动性和稳定性都很好，使用这一组砂率做强度试验。粉煤灰按25%和20%试验时，效果较好，但是限于井下的复杂条件，最后决定每立方米混凝土使用80kg粉煤灰，提高混凝土拌合物的可泵性。其砼试块各龄期强度增长曲线见图3-3-1。 11 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 配合比-1强度发展 40 35 30 25 20 15强度(Mpa)10 5 0 1天3天5天7天 时间 图3-3-1 配合比?砼试块各龄期强度增长曲线图 配合比?砂率Sp为44.4%，即细砂为800kg，石子1000kg。经坍落度试验测得，混凝土拌合物的流动性略低于配合比?，稳定性良好。据砼试块各龄期增长曲线得出其1天强度增长高于配合比?，后续3、5、7天强度增长基本与配合比?略低。 经分析导致混凝土拌合物流动性相对差的主要原因是配合比?中砂率较小，混凝土拌合物之间、拌合物与铁皮之间摩擦阻力大。1天强度增长高于配合比?的原因是混凝土中石子的含量相对高、砂子含量相对低所致。其砼试块各龄期强度增长曲线见图3-3-2。 试验中，所测试第7天强度的试块的原材料，砂、石子，由于雨后潮湿，即使是同样的第二种配合比，试块中原材料的重量有一定差异，即砂石所占比例较小，导致所测得第7天强度发展不理想。 12 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 配合比-2强度发展 30 25 20 15 10强度(Mpa) 5 0 1天3天5天7天 时间 图3-3-2 配合比?砼试块各龄期强度增长曲线图 配合比?选取砂率Sp为47.1%，即细砂为800kg，石子为900kg。经坍落度试验测得，坍落度在240,250mm之间，混凝土拌合物的流动性和稳定性都很好。据砼试块各龄期强度增长曲线得出配合比?砼试块在1、3、5、7天强度增长明显， 砼试块第3天强度为23.7 MPa，达到设计强度等级的118.5%，远远高于其他组配合比砼试块强度增长值。其砼试块各龄期强度增长曲线见图3-3-3。 配合比-3强度发展 40 35 30 25 20 15强度(Mpa)10 5 0 1天3天5天7天 时间 图3-3-3 配合比?砼试块各龄期强度增长曲线图 13 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 与以上3组砼试块不同，配合比?一组砼试块均选用普通硅酸盐42.5R等级水泥420公斤，配合比砂率Sp为47.1%，即细砂为800kg，石子为900kg。配合比?砼试块各龄期强度增长曲线见图3-3-4。 配合比-4强度发展 35 30 25 20 15 10强度(Mpa) 5 0 1天3天5天7天 时间 图3-3-4 配合比?砼试块各龄期强度增长曲线图 据砼试块各龄期强度增长曲线得出，与前三组配合比相比较，配合比 ?一组砼试块1、3、5、7天强度增长总体略较低，尤其是前5天强度增长值略低，但与井下实际要求相差不大。 配合比强度发展 系列1 系列2 系列3 系列4 40 35 30 25 20 15 强度(Mpa) 10 5 0 1天 3天 5天 7天 时间 图3-3-5 不同配合比各龄期强度增长对比曲线图 14 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 通过4个配合比24组试块的实验室试验，从满足沿空留巷巷旁支护强度、远距离泵送性和经济性的角度考虑，得出以下结论: 1 水灰比W/C控制在0.45—0.55之间，水灰比过小，混凝土与管道摩擦大，混凝土泵送阻力较大;水灰比过大，混凝土易离析、易堵管、可泵性差。因此，水灰比宜采用0.45—0.55。 2 砂率S宜为40%—50% 之间，其中细砂砂率取小值，粗砂砂p 率取大值，一般取S为45%左右。泵送混凝土宜采用中砂，对混凝土p 强度、可泵性有很重要的意义。 3 柔模泵注混凝土拌合物的坍落度参考下列数据: 水平泵送距离(m) ?100 100,200 混凝土坍落度(?) 200,220 220,240 对于普通硅酸盐42.5R水泥,柔模泵注混凝土外加剂的掺量0.4%为宜。泵送过程中保证混凝土拌合物的黏聚性和保水性良好，避免混凝土拌合物长时间在管道内停留而导致泌水、离析，发生堵管现象。 4 根据图3-5可以明显地看到使用42.5R普通硅酸盐水泥的配合比在1,3d内混凝土强度增长很快，3d的抗压强度均达到设计强度等级的90%以上 5 本着“安全可靠，逐步优化，动态设计”的留巷理念，考虑21210工作面回风巷切眼处巷旁支护高度较高，且工作面初采阶段矿压显现不稳定等因素，因此，柔模泵注混凝土巷旁支护体1d、3d、5d强度是沿空留巷初期保持顶板稳定的关键所在。 决定从切眼向前50m柔模泵注混凝土巷旁支护首先采用配合比?，以提高留巷的安全可靠性。后 15 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 根据100m留巷效果、矿压显现观测反馈，再进行配合比优化。最终达到既能留得住巷，又降低留巷成本目的。 2.2柔模泵注混凝凝土回弹仪监测分析总结 2.2.1柔模泵注混凝土回弹仪监测分析 根据对现场1—4号柔模泵注混凝土体的跟踪监测发现如下现象: 1 1—4号柔模的龄期强度总体上符合混凝土随时间增长而强度渐长的规律，但也有个别稍有偏差。 2 1—4号柔模的早期强度均增长较快(采用复合硅酸盐水泥42.5R级水泥)，1天的龄期强度均能接近或超过10Mpa，3天的龄期强度均超过18Mpa，5天的龄期强度均超过20Mpa，7天及以后的龄期强度均超过20Mpa。 3 横向对比上，同一模的1天、3天、5天龄期强度增长较快，至7天后增长渐缓;纵向对比上，不同模1天、3天的龄期增长波动较大，5天、7天波动渐缓。 4大多数柔模泵注混凝土上、中、下三部分强度存在一定差异，由于前期注入一定砂浆，即下部主要是砂浆，主要表现为下部强度较上部稍低。 具体强度见附表一 2.2.2 柔模泵注混凝土回弹仪监测总结 根据上述监测结果及其实际施工情况给予总结如下: 16 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 1配合比影响 由于1—4号柔模泵注混凝土的配合比差异不大，故在强度上表现为各龄期强度上都有稍有偏差，但由于配合比都是逐步细化调整的，故在强度上表现为各龄期强度上偏差不致太大，且能达到设计要求，通过优化设计选出最终配合比。 2 施工工艺影响 由于本试验采用混凝土泵送技术，故每模在泵 3送开始时及泵送结束时都预先泵送了0.4m的砂浆起到润滑管道，密封管道接头，防止漏压等作用。因此在强度监测上表现出柔模泵注混凝土上、中、下三部分强度存在一定差异，但能在顶板来压时起到让压作用，使混凝土允许有一定的压缩量。加之本次试验所用柔模泵注混凝土为自密实混凝土，虽然强度上存在差异，但能够达到设计要求。因此柔模泵注混凝土上、中、下三部分强度存在一定差异属正常现象。 4 成型工艺影响 本次试验采用柔模泵注混凝土技术，和普通混凝土浇筑技术不同的是: 一方面，柔模泵注混凝土在柔模有限的空间流动，柔模的拉筋又能有效限制其侧向变形，而且柔模本身又具备透水不透浆的性能，使得混凝土中水灰比得到降低，而使强度得到提高。同时模袋完全包裹住混凝土，不存在跑浆、漏浆和无法接顶的情况。 另一方面，柔模泵注混凝土在接顶后受混凝土泵压力作用而不断挤压密实，其密实度得到有效提高，对混凝土总体强度提升有至关重要作用。而混凝土在钢模、木模中浇筑时本身不会被压密，且使用钢模、木模浇筑的混凝土1天强度回弹仪检测不到数据，3、5天强度普遍较低，跑浆、漏浆现象严重。 17 下峪口煤矿21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土地面试验报告 5养护方法影响 标准养护与自然养护的混凝土含水率不同，强度发展不同，表面硬度也不同，尤其在早期，差异更明显。对于标准养护与自然养护的混凝土，在相同强度的情况下，自然养护的回弹值高于标准养护的回弹值。这是由于标准养护的混凝土含水率高于自然养护混凝土的含水率，使标准养护混凝土的回弹值偏低。本次地面试验全部采用自然养护，期间地面气温较高是造成柔模泵注混凝土体回弹值较试块同龄期强度值偏高的主要原因。 6 湿度影响 国内外一致认为湿度对回弹法测强有较大的影响。本次地面试验表明，湿度对于混凝土影响较大，随着强度的增长，湿度的影响逐渐减小，对于龄期较短的早强混凝土的影响逐渐减弱。 18 附表一 下峪口煤矿21210沿空留巷地面试验柔模泵注混凝土回弹仪监测值报表(单位MPa) 柔模编号 监测部位 1天 3天 5天 7天 14天 天气 备 注 上 部 31.8 33.6 37.5 9号晴天 1号柔模 第一次泵注，为便于工人操作 中 部 26.5 28.2 31.8 之后连续 10月8日 注入砂浆较多 下雨3天 下 部 21.8 23.3 24.9 上 部 24.7 26.5 27.6 采用试验的第三种配合比(Kg/m?) 泵注后 2号柔模 中 部 24.9 26.5 26.3 连续下雨 水泥 砂 石 粉煤灰 外加剂 水 10月9日 3天 下 部 14.9 16.2 16.9 450 800 900 80 1.8 220 上 部 24.8 26.5 28.6 泵注后 配合比同上，但是施工中 3号柔模 中 部 21.8 23.3 23.6 连续下雨 2号模前期注入砂浆0.7方， 10月9日 3天 而3号模前期，即下部没有注入砂浆 下 部 18.1 18.9 21.8 上 部 18.9 27.1 31.1 35.5 配合比同上 4号柔模 泵注后 中 部 17.3 22.3 23.6 27.7 施工前期，即下部注入砂浆0.35方 10月13日 晴天 与井下常规施工保持一致 下 部 12.5 17.4 18.9 21.3 19 致谢 下峪口煤矿柔模泵注混凝土地面试验历时23天，在韩城矿业(集团)公司正确领导和下峪口煤矿的大力支持下，取得了圆满成功! 本次地面试验的顺利进行，感谢韩城矿业(集团)公司和下峪口煤矿为此次试验提供了优良的试验平台～使柔模泵注混凝土支护技术在其理论基础上得到很好的试验验证，为该项技术的理论论证及技术推广打下了坚实的基础，同时也为21210工作面沿空留巷柔模泵注混凝土支护的实施提供了切实可行的技术支持。 在地面试验期间，韩城矿业(集团)公司和下峪口煤矿多位领导亲临现场指导，为试验提供了大量宝贵的指导建议和实施措施，确保了试验方向的正确性，在此表示衷心感谢～ 在地面试验期间，混凝土泵厂商技术人员、下矿相关科室技术人员及采煤队工人的辛劳付出，保证了试验的切实实施，在此一并感谢～ 20