胡鑫印 張曉琴 楊 豐

（1.江蘇博廈礦山科技有限公司，江蘇 徐州 221008；2.徐州寶豐特鋼有限公司，江蘇 徐州 221137；3.杭州道宇檢測技術有限公司，浙江 杭州 310000）

1 概 況

郭家河礦為高瓦斯礦井，煤層具有自然發(fā)火傾向，當工作面回采結束時，需對工作面兩順槽進行封閉，防止工作面采空區(qū)瓦斯涌出和采空區(qū)遺煤自燃。以前，礦方采用兩頭砌筑料石墻，中間充填黃土的方法密閉工作面兩順槽。該方法存在勞動量大、墻體強度低、易產生裂縫、密閉效果差等缺點，工作面來壓時密閉墻體被壓垮，產生裂隙，導致工作面采空區(qū)瓦斯溢出，空氣進入采空區(qū)導致采空區(qū)遺煤氧化自燃，一氧化碳超標。郭家河礦1307工作面于2017年5月下旬回采結束，1307回風順槽與1307甩道均已密閉完成。在礦山壓力的作用下，巷道密閉墻及巷道周邊產生了諸多裂隙，導致采空區(qū)遺煤氧化，巷內一氧化碳含量超標，采空區(qū)瓦斯涌出，極大地影響了礦井安全生產。因此，必須采取措施消除隱患。采用超高水充填材料封堵裂隙，具有工藝簡單、便于操作、封堵效果好、還可大幅降低成本等優(yōu)點。

2 充填區(qū)域

1307回風順槽與1307甩道設計均為矩形斷面，錨網索聯(lián)合支護，沿煤層底板掘進。1307回風順槽和1307甩道現有斷面分別約22m2和15m2，長度分別約62m和43m，總的空巷充填空間約2009m3。充填區(qū)域平面示意圖見圖1（陰影部分為待充填區(qū)域）。

圖1 1307回風順槽和1307甩道老巷充填示意圖

3 充填材料簡介

超高水充填材料是一種能在高水灰比條件（W/C=1.2:1～8:1）下快速凝固的特種熟水泥，是中國礦大承擔的國家“七五”、“八五”重點攻關項目的研究成果。該材料分甲料、乙料兩部分，按1:1的比例相配使用。甲料、乙料單獨與水混合不固結，為避免管子塞堵和一定條件下不洗管路創(chuàng)造了條件，而甲料漿和乙料漿一旦相互混合則快速固結硬化。

超高水材料漿具有良好的滲入性能，可以很好地滲入巷道圍巖裂隙，凝固后，封堵了漏風通道的同時也改善了巷道周圍的承載結構，提高了承載性能。

該材料在W/C=1.6:1條件下凝固9d以后應力應變曲線和形變特性如圖2所示。

圖2 超高水充填材料全應力應變曲線

從圖2看出，超高水材料具有突出的塑性性能，在荷載達到極值強度后，超高水充填材料并不立即完全破壞失去承載性能，而是隨著形變的進一步加大，承載能力呈緩緩下降變化。承載性能隨形變增加下降的速度遠小于普通的材料，此水灰比條件下該材料極值單軸強度為10.35MPa，當應變達到12%時，其單軸抗壓強度還維持在極值強度的66%以上，形變繼續(xù)增加達到19%，剩余抗壓強度為峰值的58%左右。

通過調節(jié)水灰比控制漿液流動性和材料抗壓強度可以滿足需求，該材料充填構體呈現明顯的塑性材料性能，在礦壓作用下可以允許較大的塑性形變，強度衰弱速度比較慢，可以維持較高的剩余強度，很好地抵擋后期的圍巖應力，以防再次在礦山壓力的作用下形成漏風通道。

4 充填技術

超高水充填材料甲料漿、乙料漿按1:1的比例混合使用。由于甲料漿、乙料漿單獨加清水攪勻不凝固，而一旦混合則快速凝固硬化，需分別攪拌和泵送甲料漿、乙料漿。

施工包括運輸材料、制料漿、注漿、沖洗等工序。注漿設備的配置如圖3所示。

圖3 注漿設備配置示意圖

從圖3中可以看出，充填設備的位置和作業(yè)空間不受現場條件的約束，可以通過增加出漿管路進行合理選擇。

5 充填效果分析

5.1 圍巖變形方面

選取兩個點進行圍巖觀測，所觀測的數據分別為頂、底板移近量，觀測數據如圖4所示。從圍巖觀測數據可以看出，從第五周充填密閉施工完成后，圍巖的變形速度明顯下降，圍巖得到了良好的控制。

圖4 圍巖觀測數據

5.2 空氣溫度、氣體濃度方面

通過密閉墻束管氣體采樣分析，連續(xù)觀測一個月，溫度由原先的35℃降至26℃，一氧化碳降至0ppm，瓦斯?jié)舛冉抵?.8%。

6 結論

（1）超高水材料制漿后，具有良好的流動性，可以在自重的作用下滲入巷道圍巖裂隙通道內。漿液凝固后，不僅封堵了漏風通道，而且改善了圍巖的力學性能，提高了承載強度。

（2）超高水材料凝固后，具有較高的單軸抗壓強度，在圍巖的三向應力作用下，大幅提高了抗壓強度，更好地滿足了圍巖控制的強度要求。

（3）充填結構呈現明顯的塑性特征，在礦壓作用下允許較大的塑性形變，強度衰弱速度慢，可以維持較高的剩余強度。充填體的塑性更好地適應頂板活動破壞規(guī)律，可以很好地抵抗后期的礦山壓力，以防再次在礦山壓力的作用下形成漏風通道。

（4）充填設備的位置和作業(yè)空間不受現場條件的約束，根據井下實際情況進行合理選擇，進一步降低職工的勞動強度和改善職工的工作環(huán)境。

（5）超高水材料充填后，同時實現了圍巖的有效控制和防滅火兩項技術要求。