周仲林

(山西省陽泉固莊煤礦，山西 陽泉 045060)

厚煤層破碎區(qū)綜放面采空區(qū)封閉方法

周仲林

(山西省陽泉固莊煤礦，山西 陽泉 045060)

針對(duì)厚煤層破碎區(qū)綜采放頂工作面采空區(qū)封閉效果差，極易發(fā)生采空區(qū)煤炭自燃的現(xiàn)象，提出超前注漿加固工作面保護(hù)煤柱和變形破壞的巷道、永久閉墻采用頂部拱形掏槽和注漿堵漏的方法。封閉采空區(qū)效果良好，有效地防止了采空區(qū)煤炭自燃。

厚煤層；破碎區(qū)；綜放面；采空區(qū)

山西省陽泉固莊煤礦15號(hào)煤層，二采區(qū)15205綜放面、五采區(qū)15504綜放面回采完畢一年后，因采空區(qū)封閉效果差，采空區(qū)發(fā)生自燃火災(zāi)，滅火后又多次復(fù)燃，嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)。15704綜放面位于丈八七采區(qū)向斜構(gòu)造區(qū)，煤層破碎，與15205綜放面條件相似，為增強(qiáng)采空區(qū)封閉效果，防止發(fā)生自燃火災(zāi)，對(duì)厚煤層破碎區(qū)綜放面采空區(qū)封閉方法進(jìn)行了探討。

1 工作面概況

1.1 煤層地質(zhì)情況

15704工作面位于丈八七采區(qū)向斜構(gòu)造的軸部，有伴生斷層構(gòu)造，該區(qū)域內(nèi)煤層破碎。所采煤層為15號(hào)煤層（俗稱丈八煤），煤層厚度6～7 m，煤層頂板分為偽頂、直接頂、老頂，偽頂為0.2 m左右的黑色頁巖，直接頂為灰色砂質(zhì)頁巖，厚約1.2～2.0 m，老頂為K2石灰?guī)r，底板為泥巖或含黃鐵礦泥巖，局部為粉砂質(zhì)泥巖。礦井為高瓦斯礦井，煤層本身具有自燃發(fā)火傾向和煤塵爆炸危險(xiǎn)性，自燃發(fā)火為1 a左右。

1.2巷道布置

15704進(jìn)、回風(fēng)巷沿15號(hào)煤層底板布置，全煤巷矩形斷面，設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度4.3 m，高度2.6 m，采用錨網(wǎng)索（錨桿、錨索、W鋼帶、槽鋼梁、金屬網(wǎng)聯(lián)合）支護(hù)，巷道頂板為4.4 m厚的煤頂；15704尾巷沿15號(hào)煤層頂板布置，全煤巷矩形斷面，設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度4.0 m，高度2.2 m，巷道頂板為煤層直接頂，采用錨索（錨桿、錨索、W鋼帶聯(lián)合）支護(hù)。

1.3 開采順序及采煤方法

15號(hào)煤層共布置7個(gè)回采工作面，兩工作面間保護(hù)煤柱為25 m，一個(gè)工作面回采，一個(gè)工作面掘進(jìn)準(zhǔn)備，采區(qū)工作面開采順序?yàn)楹笸耸巾樞蜷_采。15704工作面回采完畢時(shí)，外側(cè)已封閉的15703工作面采空區(qū)，內(nèi)側(cè)為正在初采期的15705工作面。

15704工作面采用綜采放頂煤一次采全高法，機(jī)采高度為2.5 m，放頂煤高度為4.5 m左右，工作面回采率為80%左右，采空區(qū)存在大量浮煤。

2 采空區(qū)封閉方法的確定

2.1 采空區(qū)封閉方法確定依據(jù)

15205 綜放面在采空區(qū)封閉一年后發(fā)生自燃火災(zāi)，著火位置在進(jìn)、回風(fēng)巷封閉墻以里，由停采線向采空區(qū)延伸20 m的范圍，尤其是撤架巷回風(fēng)側(cè)隅角火勢最猛。15205回風(fēng)巷側(cè)靠近正在回采15206工作面進(jìn)風(fēng)巷，兩工作面間保護(hù)煤柱為25 m，煤柱破碎，15205回風(fēng)巷變形破壞嚴(yán)重，永久閉墻封閉不嚴(yán)，15206工作面進(jìn)風(fēng)流，通過破碎煤柱的裂隙漏至15205回風(fēng)巷，又通過永久閉墻空隙滲入采區(qū)回風(fēng)巷，采空區(qū)浮煤氧化生熱，熱量積聚，溫度達(dá)到煤的著火點(diǎn)，發(fā)生自燃火災(zāi)。

15704綜放面位于向斜構(gòu)造的軸部，受構(gòu)造應(yīng)力和相鄰綜采放頂煤工作面的采動(dòng)影響，工作面間保護(hù)煤柱破碎漏風(fēng)，進(jìn)回、風(fēng)巷道頂幫破碎變形，永久閉墻不易封閉嚴(yán)實(shí)而漏風(fēng)，導(dǎo)致采空區(qū)封閉不嚴(yán)，采空區(qū)煤炭自燃，發(fā)生內(nèi)因火災(zāi)，因此，采空區(qū)封閉應(yīng)從“加固堵漏”入手。

2.2 采空區(qū)封閉方法的確定

15704綜放面進(jìn)、回風(fēng)巷采用錨網(wǎng)索（錨桿、錨索、W鋼帶、槽鋼梁、金屬網(wǎng)聯(lián)合）支護(hù)，巷道破碎變形后其完整性受到破壞，內(nèi)部節(jié)理、裂隙發(fā)育，影響錨桿錨索等支護(hù)構(gòu)件預(yù)緊力的施加及其在圍巖中的擴(kuò)散，進(jìn)而影響支護(hù)效果。圍巖注漿可以充填裂隙、并以錨網(wǎng)索為構(gòu)架，將破碎圍巖重新組合成類似“鋼筋混凝土”的一個(gè)整體，提高圍巖承載能力和恢復(fù)圍巖結(jié)構(gòu)完整性，可通過再緊固錨桿錨索等支護(hù)構(gòu)件方法，恢復(fù)一部分支護(hù)強(qiáng)度，是加固破碎圍巖錨桿錨索支護(hù)巷道，封堵裂隙的直接、有效手段。

因此，采用注漿技術(shù)加固變形破壞的進(jìn)、回風(fēng)巷道和工作面間保護(hù)煤柱，封堵煤層裂隙，永久閉墻的掏槽采用錨索支護(hù)加固并注漿堵漏的方法封閉采空區(qū)。

3 采空區(qū)封閉方法

3.1 注漿加固變形破壞巷道的方法

采用注漿技術(shù)利用注漿設(shè)備將新型高分子材料漿液壓入煤巖體，來充填和固結(jié)煤巖的裂隙面，加固破碎煤巖，使錨桿、錨索的錨固段穩(wěn)固，提高支護(hù)強(qiáng)度，既控制了巷道變形破壞又封堵煤層裂隙防止了漏風(fēng)。

3.1.1 變形破壞巷道加固位置和范圍

變形破壞巷道必須回撤工作面液壓支架前加固完畢，若等工作面回收完畢后，工作面通風(fēng)系統(tǒng)被破壞，不具備注漿加固施工的安全條件。加固位置在進(jìn)、回風(fēng)永久封閉墻以里至停采線各20 m的范圍，進(jìn)、回巷在采區(qū)巷道保護(hù)煤柱該范圍內(nèi)，巷道兩幫均為實(shí)體煤。

3.1.2 注漿施工參數(shù)

注漿施工參數(shù)主要有，注漿漿液、注漿深度、注漿壓力、擴(kuò)散半徑、單孔注漿量、注漿孔徑。由于各參數(shù)之間相互影響，且又受具體的巷道圍巖條件、裂隙發(fā)育狀況等影響和制約，為了確保注漿參數(shù)準(zhǔn)確合理，在現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，用GN-1型固特瓏化學(xué)雙漿液作業(yè)注漿材料，找出在不同注漿壓力作用下對(duì)漿液擴(kuò)散半徑影響，以確定決定注漿孔布置的重要參數(shù)即注漿擴(kuò)散半徑。

注漿深度?，F(xiàn)場打眼鉆探，用巷道煤層破碎深度范圍，確定注漿深度不低于5 m。

注漿壓力。根據(jù)現(xiàn)場注漿試驗(yàn)，確定注漿壓力為2～4 MPa。

擴(kuò)散半徑。現(xiàn)場試驗(yàn)，找出注漿壓力與擴(kuò)散半徑關(guān)系，合理的注漿擴(kuò)散半徑為1.8 m。

單孔注漿量。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場注漿消耗情況，注漿量50 kg/孔。

注漿孔徑。用錨索鉆孔打孔，鉆頭直徑30 mm，注漿孔徑確定為30 mm。

3.1.3 注漿孔布置

擴(kuò)散半徑是確定注漿孔間排距、孔角度的重要依據(jù)。以注漿孔為中心擴(kuò)散半徑為圓柱底面半徑，以注漿深度為圓柱高，建立擴(kuò)散圓柱體模型。結(jié)合巷道斷面大小，經(jīng)過分析計(jì)算，排列布置，見圖1-圖3。

3.1.4 注漿施工工序

注漿施工，采用CN-1型固特瓏雙漿液注漿材料和QB6C型氣動(dòng)高壓雙漿液化學(xué)注漿泵及其配套設(shè)備，用頂錨索鉆機(jī)打頂板注漿孔，用幫錨索鉆機(jī)打幫注漿孔。先打兩幫注漿孔，再打頂板注漿孔，每打完一個(gè)孔，立即埋注漿管，防止“塌孔”給安裝注漿管和封孔造成困難。

施工工序?yàn)椋捍蜃{孔→安裝注漿管→封注漿孔口→注漿系統(tǒng)與注漿管連接→注漿→清洗注漿系統(tǒng)→拆除注漿系統(tǒng)與注漿管。

3.2 注漿加固工作面間保護(hù)煤柱的方法

因?yàn)樽匀蓟馂?zāi)，發(fā)生在進(jìn)、回風(fēng)巷封閉墻以里，由停采線向采空區(qū)延伸20 m的范圍，考慮安全系數(shù)，工作面間保護(hù)煤柱加固范圍確定為以由停采線向采空區(qū)延伸30 m。必須在工作面回采至此范圍前超前加固完畢，否則注漿加固無法施工。

在該范圍內(nèi)，進(jìn)、回巷僅加固巷道靠煤柱側(cè)一個(gè)幫，因?yàn)橄锏理敯搴土硪粠停ぷ髅嫱七M(jìn)過后將成為采空區(qū)，且煤柱幫裂隙發(fā)育，確定注漿深度不低于7 m，單孔注漿量預(yù)計(jì)90 kg/孔。

3.3 永久閉墻封閉與堵漏的方法

大部分永久閉墻，尤其是變形破壞的厚煤層巷道內(nèi)的封閉墻，施工完畢，經(jīng)過一段時(shí)間，閉墻附近巷道頂、幫會(huì)發(fā)生沉降破碎掉碴，致使閉墻的掏槽與巷道周邊接觸縫隙加大，造成一定程度的漏風(fēng)，是采空區(qū)的發(fā)生自燃火災(zāi)的主要原因。

巷道雖然經(jīng)過注漿加固，但支護(hù)強(qiáng)度不可能完全恢復(fù)，永久閉墻附近巷道是關(guān)鍵部位，因此部位的巷道還必須補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。閉墻的掏槽應(yīng)加寬加深，周邊預(yù)埋注漿管，以便注漿封堵周邊接觸縫隙，增強(qiáng)封閉效果。閉墻的頂部掏成拱形槽，再用錨桿錨索支護(hù)掏槽，形成拱形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可提高掏槽后形成的大跨度的巷道支護(hù)強(qiáng)度。

3.3.1 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

在施工閉墻前，對(duì)閉墻前后5 m的巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，采用錨桿、錨索、W鋼帶聯(lián)合支護(hù)。在原巷道錨網(wǎng)索支護(hù)的排間空隙補(bǔ)打錨桿、錨索、W鋼帶。各項(xiàng)支護(hù)參數(shù)同原支護(hù)，支護(hù)參數(shù)如下：

錨索型號(hào)1860,鉸線結(jié)構(gòu)1×7,規(guī)格17.8 mm× 7 500 mm，錨索間排距1 480 mm×800 mm，用K2340（在上）和Z2380（在下）的樹脂錨固劑錨固；錨索托板為300 mm×300 mm×12 mm鋼托板，上墊200 mm×90 mm×12 mm鐵墊片，錨具型號(hào)為KM-18-1。

3.3.2 掏槽與掏槽支護(hù)

掏槽施工時(shí)堅(jiān)持“少破壞已有巷道支護(hù)，減小施工對(duì)頂幫擾動(dòng)”的原則，因此采用鎬或尖釬鑿煤，而不用炸藥爆破，掏槽位置選在原巷道無支護(hù)的排間空隙處，即巷道兩幫錨桿排距800 mm之間，巷道頂板兩排W鋼帶排距800 mm之間，減去支護(hù)本身占距的位寬，掏槽寬度確定為600 mm，掏槽深度500 mm。掏槽寬度一般為500 mm，深度一般為400 mm，加寬加深量為100 mm。

掏槽處的巷道，巷道寬度比原巷道加寬了1 m，高度比原巷道增高了0.5 m。原巷道為全煤巷矩形斷面，設(shè)計(jì)掘進(jìn)寬度4.3 m，高度2.6 m，這樣巷道總寬度為5.3 m，高度為3.1 m，形成的大跨度大斷面的全煤巷道，巷道頂部掏成拱形槽，頂部W鋼帶彎成弧形，兩幫也用W鋼帶護(hù)幫，再用錨桿、錨索錨固，形成拱形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可在大提高掏槽后形成的大跨度的巷道支護(hù)強(qiáng)度。支護(hù)參數(shù)如下：

沿掏槽中心線布置一排W鋼帶，以巷道中心線為對(duì)稱軸，對(duì)稱布置三條W鋼帶，即頂板一條，兩幫各一條，三條W鋼帶緊接，兩幫多余部分彎回到巷道底板上。W鋼帶規(guī)格、錨桿、錨索、錨固劑等同原巷道支護(hù)，頂幫錨桿間距均為740 mm，頂板打兩根錨索間距2 220 mm。如圖4、圖5。

3.3.3 構(gòu)筑閉墻

在進(jìn)、回風(fēng)口以里5米位置以掏槽為中心，采用料石和黃土構(gòu)筑閉墻，墻體總厚2 m，包括前、后各500 mm厚料石雙墻和其間厚度為1 m的黃土夾層。如圖4，圖5。構(gòu)筑構(gòu)筑料石墻前先清理干凈浮碴，挖墻基礎(chǔ)深200 mm，筑墻時(shí)每塊石頭都要放平穩(wěn)，不穩(wěn)或不合規(guī)格要用鐵錘敲打平整，用石片支墊穩(wěn)固，灰縫為10～20 mm，灰縫砂漿必須飽滿，墻面要平整，無裂縫、重縫和空縫，前后墻每構(gòu)筑兩層，兩墻間填黃土，用木錘分層搗實(shí)，每層不超過20 mm。筑墻搗土距頂板1 m時(shí)，用白灰與黃土攪拌均勻分層填好搗實(shí)，每層不超過10 mm，墻體四周必須與硬幫硬底與頂接實(shí)，確保嚴(yán)實(shí)不漏風(fēng)。墻體中要預(yù)埋觀察孔及措施孔（觀察孔為6分鐵管,措施孔為4寸鐵管）。鐵管孔口應(yīng)伸入密閉墻內(nèi)1 m以上，外口距密閉墻至少0.5 m，外口要設(shè)閥門，不用時(shí)關(guān)閉。

3.3.4 預(yù)埋注漿管及注漿

由于閉墻構(gòu)筑至巷道頂部位置時(shí)，由于施工空間狹窄，致使頂部的黃土不能夯實(shí)致密，因此在巷道頂部周邊預(yù)埋注漿管，采用注漿封堵周邊接觸縫隙的方法，確保閉墻密實(shí)不漏風(fēng)。注漿管由前料石與巷道頂板接觸的周邊縫隙斜插入掏槽內(nèi)，管底直至掏槽的頂板位置。注漿管間距2 m，在巷道頂部中心布置一根注漿管，以此管為對(duì)稱軸，左右各布置一根注漿管，共布置三根注漿管。注漿管布置見圖4-圖5。

注漿時(shí)按照先注中心管，再注左右管的對(duì)稱作業(yè)方式。注漿材料和設(shè)備同上，注漿前，前、后料石墻及與巷道頂幫接觸的周邊的所有縫隙必須勾嚴(yán)實(shí)。注漿過程中，應(yīng)控制注漿終壓在2 MPa以內(nèi)，注漿量以將要跑漏漿時(shí)為宜。

4 結(jié)束語

通過超前注漿加固工作面間保護(hù)煤柱和注漿加固變形破壞的巷道，松軟破碎的煤巖體膠結(jié)為一體，提高了采空區(qū)周邊煤巖整體強(qiáng)度、密實(shí)程度和搞風(fēng)化能力，永久閉墻前后采用錨桿錨索W鋼帶補(bǔ)強(qiáng)加固，頂部拱形掏槽和注漿堵漏的方法，封堵了采空區(qū)漏風(fēng)的通道，嚴(yán)密地封閉了采空區(qū)，封閉效果良好，有效地解決了厚煤層破碎區(qū)綜采放頂工作面采空區(qū)封閉效果差，極易發(fā)生采空區(qū)煤炭自燃的難題，取得了良好技術(shù)效果。

Sealing Method for Gob in Fully-mechanized Mining Face in Fracture Zone of Thick Coal Seams

ZHOU Zhonglin
(Guzhuang Mine,Yangquan 045060,China)

Due to the poor sealing effect of gob in fully-mechanized mining face in fracture zone of thick coal seams,spontaneous combustion easily happens on the gob.The paper proposes pre-grouting reinforcement to protect coal pillars and deformed roadways and permanent closed walls.Besides,arched slotting on the roof and grouting are also used.The results show ideal sealing effect for the gob,which could effectively prevent the coal spontaneous combustion.

thick coal seams;fracture zone;fully-mechanized mining face;gob

TD353

A

1672-5050（2015）01-0051-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.017

（編輯：武曉平）

2014-12-04

周仲林（1969-），男，山西嵐縣人，本科，工程師，從事煤礦礦山救護(hù)工作。