賈文舉

（山西潞安集團蒲縣伊田煤業(yè)有限公司，山西 蒲縣 041204）

工作面經過之前遺留的空巷時，由于超前支承壓力的影響，空巷巷道圍巖較為破碎，頂板易急劇下沉，導致礦壓顯現異常。對此，研究學者提出多種支護方式過空巷的技術手段，但因地質條件復雜，推廣較為困難。官地礦提出了一種新型支護方式—泵送充填式支護技術。

1 工作面概況

西山煤電集團官地礦井田南北長14967m，東西寬12110m，井田面積為104km2，主要可采煤層為 2#、3#、5#、6#、7#、8#、9#煤。本文以 3 號煤層的五采區(qū)作為研究對象。3號煤層厚度為4.2～7.1m，平均厚度為5m，煤層傾角為3～12°，平均傾角為6°煤層直接頂為粗砂巖，底板為砂質泥巖，頂底板巖性如表1所示。

3號煤層3211工作面為大采高綜采工作面，工作面長度為320m，工作面中部存在一條廢棄巷道，如圖1所示，巷道為矩形斷面5m×4m，巷道圍巖變形較為嚴重。根據以往經驗，工作面過空巷時容易出現頂板急劇下沉，造成壓架、倒架以致安全事故。為有效地控制官地礦3211工作面過空巷時圍巖穩(wěn)定性問題，通過比較現有的幾種空巷支護方式的優(yōu)缺點，選擇采用充填式支柱支護技術。

表1 煤層頂底板巖性

圖1 3211工作面巷道分布圖

2 泵送充填式支柱技術

泵送充填式支柱是一種采用充填材料制成的充填支柱，用于工作面開切眼支護、巷道支護與工作面過空巷的支護等，特別是對巷道頂底板較軟時應用效果更好。泵送充填式支柱支護技術相比錨桿支護、木垛支護而言，具有較強的讓壓變形能力、較高的支撐力和較高的殘余支撐強度，除此之外，還易于被采煤機切割。因此，泵送充填式支柱是綜采工作面過空巷時支護方式的最佳選擇，既能保證空巷圍巖的穩(wěn)定性，又能保證采煤機順利通過空巷。

泵送充填式支柱由支柱充填模袋和充填材料組成。支柱充填模袋與充填支柱形狀都為圓柱形，材質選用新型材料PVC涂布，里面夾層含有纏繞的鋼絲用于束縛充填支柱。支柱模袋具有抗拉強度大、防火等優(yōu)點，模袋尺寸由空巷尺寸設計決定。泵送充填材料由無機活性材料混合而成，主要為硅灰、礦粉、硅酸鹽水泥。選擇合適的水料配比，配為漿體，使其無泌水現象，通過混凝土泵泵送至井下充填現場的支柱充填模袋里，使其凝結快速成型，保持穩(wěn)定不發(fā)生傾斜。選用的材料需具有凝結成形快、可泵送距離遠、強度高等特點。因為充填材料需遠距離泵送的特點，需要充填材料與水混合后的起始粘度非常低，便于輸送至現場工作面。

泵送充填式支柱需要根據井下現場工作面的需要設計成不同特點的材料，用以滿足工作面的強度支撐需要。經多次試驗研究，充填支柱一般設計為雙層充填體最好，上部設計為讓壓層，尺寸為300mm左右，可以使上部分起到一定的讓壓作用，以便于適應礦壓顯現劇烈時的頂底板大變形。充填支柱支撐力一般設計為15～20kN，需要較高的支撐力時，也可以設計為20～40kN以上。

3 泵送充填式支柱模型力學實驗

泵送充填式支柱材料性能指標如表2所示。

表2 泵送充填支柱材料性能表

為了更進一步地研究充填支柱的支撐性能，利用相似比在實驗室內制作了縮小比例的充填支柱模型試塊，試塊分為上部有讓壓層試塊和上部無讓壓層試塊。試塊均為圓柱形，高為600mm，底部圓直徑為200mm。對此兩種試塊模型進行壓力試驗，壓力試驗結果如表3所示。

表3 充填支柱試塊壓力試驗結果

由表3可知：

（1）在單軸壓力作用下，充填支柱最高能承受載荷19.5MPa，在此情況下支柱的變形達到9.3%。充填支柱達到最大值后，承載能力開始下降，在此過程中經歷第二屈服點，之后開始發(fā)生塑性破壞，但殘余的充填支柱仍然保留有12.4～8.6MPa的殘余強度。

（2）由有讓壓層充填支柱和無讓壓層充填支柱結果對比分析可知，有讓壓層充填支柱相比較而言整體承載性能明顯變強。第一屈服點與第二屈服點承受載荷最大值明顯變大，承受變形也增大，更有利于充填支柱承受頂底板大變形的情況，保證發(fā)生頂板突然劇烈來壓時不會發(fā)生劈裂，有利于提高充填支柱的整體承載力。

4 工程實例

泵送充填式支柱在西山煤電官地礦3號煤層3211工作面得到成功應用。3211工作面空巷采用鋼帶錨索支護，充填支柱設計為高度4m，直徑1m的圓柱形，上部設置高度為300mm的讓壓層。充填支柱布置如圖2所示，平行于工作面2排呈交錯布置。

3211工作面空巷采用泵送充填式支柱支護技術方案后，工作面順利通過空巷?？障飮鷰r變形量得到控制，兩幫移近量小于150mm，頂底板移近量小于350mm。未出現壓架、倒架現象。

圖2 支柱布置方式

5 結論

（1）充填支柱相比傳統(tǒng)的支護技術而言，具有較強的讓壓變形能力、較高的支撐力和較高的殘余支撐強度，是綜采工作面過空巷時支護方式的最佳選擇，既能保證空巷圍巖的穩(wěn)定性，又能保證采煤機順利通過空巷。

（2）針對充填支柱是否設置讓壓層進行了室內試驗，得出設置讓壓層時充填支柱性能更好的結論。并在官地礦進行了工業(yè)試驗，效果很好，值得推廣應用。