梅光發(fā) 郭寧遠(yuǎn) 趙健春
(山西省煤炭運(yùn)銷集團(tuán)三元古韓荊寶煤業(yè)有限公司,山西 長(zhǎng)治 046000)
為提升礦井生產(chǎn)、技術(shù)、安全系數(shù)等方面的綜合能力,2010年山西對(duì)一些布局不合理和安全條件差的礦井實(shí)行煤炭資源整合,相鄰的小煤窯劃到一個(gè)井田,包含之前井筒和舊巷。為確保工作面的安全生產(chǎn),避免工作面回采接近或穿過廢棄井筒和巷道,井壁垮塌影響安全生產(chǎn),采用充填[1-4]技術(shù)對(duì)其進(jìn)行治理已勢(shì)在必行。
荊寶煤業(yè)位于山西省襄垣縣,由三荊溝煤礦、花寶溝煤礦、桃樹煤礦三個(gè)生產(chǎn)礦井及桃樹天利煤業(yè)關(guān)閉礦井及部分新增煤田兼并重組整合而成。主要開采3#、15#煤層,開采標(biāo)高為380m。平均傾角4~8°(圖1)。
現(xiàn)主要開采3#煤層,目前二采區(qū)30202工作面巷道掘進(jìn)已完成,即將進(jìn)行回采,設(shè)計(jì)工作面走向長(zhǎng)度780m,傾斜長(zhǎng)度130m。為避免工作面回采穿過原花寶溝煤礦遺留回風(fēng)立井井筒和舊巷道時(shí),上覆巖層對(duì)支架造成沖擊失穩(wěn)和井壁垮塌影響工作面的正?;夭?,決定采用充填技術(shù)對(duì)井筒和舊巷道進(jìn)行充填加固。
圖1 巖層柱狀圖
舊巷道貫穿工作面與30202工作面運(yùn)輸平巷與回風(fēng)平巷相連接近南北向,長(zhǎng)度130m,其東側(cè)與回風(fēng)立井井筒相連的巷道長(zhǎng)約20m(圖2)。
圖2 30202工作面平面圖
考慮到安全性和成本問題,主要是對(duì)原花寶溝煤礦的回風(fēng)立井井筒內(nèi)3#煤層頂板以上20m范圍及井下部分舊巷(30202工作面運(yùn)輸平巷與回風(fēng)平巷之間的南北向舊巷道及其東側(cè)與回風(fēng)立井井筒的連接巷)等進(jìn)行充填治理。
在地面建立注漿站,拌制水泥粉煤灰漿液,通過注漿泵、注漿管將水泥粉煤灰漿注入巷道及井筒內(nèi)。漿液經(jīng)過固化膠結(jié),對(duì)巷道周圍及上覆巖層形成支撐作用,阻止上覆巖層的冒落垮塌,同時(shí)防止井壁垮塌砌石掉落。
(1)井下巷道充填注漿。采用分段砌筑密閉墻和水泥粉煤灰漿液充填方式注漿相結(jié)合,先進(jìn)行巷道注漿和井筒連接處(從巷道底板充填至3#煤層頂板處,充填高度6m)注漿,然后再對(duì)貫穿工作面的巷道密閉注漿充填。
(2)井上立井井筒充填注漿(圖3)。采用水泥粉煤灰漿液壁后注漿加固充填進(jìn)行治理,僅對(duì)3#煤層頂板以上20m范圍的井筒進(jìn)行治理。
(1)首先進(jìn)行地面注漿系統(tǒng)(圖4)的建立;
(2)巷道砌筑(密閉墻)和井筒及巷道注漿管路鋪設(shè);
(3)井下巷道注漿;
(4)井上井筒注漿。
圖3 井筒充填注漿
圖4 注漿系統(tǒng)平面布置示意圖
(1)井下巷道注漿材料。水泥粉煤灰漿液水固比初步設(shè)計(jì)為1:1.1,水泥占固相20%,粉煤灰占固相80%,為加快漿液凝結(jié)速度,可添加水泥重量3%~5%的速凝劑。注漿要求其強(qiáng)度小于煤層強(qiáng)度,以便于采煤機(jī)切割順利。
(2)井上井筒注漿材料。水泥粉煤灰漿液水固比一般為1:1.0,水泥占固相30%,粉煤灰占固相70%。
對(duì)30202工作面支架的工作阻力進(jìn)行監(jiān)測(cè),隨著工作面的推進(jìn),支架平均壓強(qiáng)曲線如圖5所示。工作面液壓支架平均壓強(qiáng)為20.2MPa左右;過空巷充填段時(shí), 工作面距空巷水平距離2m時(shí), 支架工作阻力有所上升,最大值為20.8MPa,整體增長(zhǎng)幅度不大;過回風(fēng)立井井筒時(shí),影響范圍小,可以忽略,隨著遠(yuǎn)離空巷平均壓強(qiáng)恢復(fù)到正常值。
圖5 液壓支架平均壓強(qiáng)曲線
30202工作面回采前,采用水泥粉煤灰漿液分別對(duì)回風(fēng)立井井筒內(nèi)3#煤層頂板以上20m范圍及井下舊巷進(jìn)行充填治理,在工藝上提出了分別進(jìn)行井下巷道充填和井上井筒充填的新方法?,F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),證明了充填方法能保證工作面正?;夭伞?/p>