馮明明

【摘 要】 為確保工作面能夠順利通過(guò)空巷，本文以山西某礦3311工作面地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，對(duì)高水材料性能及充填方案進(jìn)行了研究，提出了采用高水充填材料過(guò)空巷的方法。通過(guò)分析不同配比下高水材料的性能，確定采用水灰比為1∶1的高水材料，并對(duì)具體充填方案與空巷補(bǔ)強(qiáng)加固方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。根據(jù)空巷充填完畢后巷道圍巖的變形結(jié)果，巷道變形整體較小，表明采用充填方案后工作面能夠順利通過(guò)空巷。

【關(guān)鍵詞】 綜采工作面;空巷;高水材料;充填方案

【中圖分類號(hào)】 TD353 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 2096-4102（2019）03-0029-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

由于小煤窯的大量開采，導(dǎo)致煤層結(jié)構(gòu)被破壞形成廢棄巷道。在新礦井對(duì)殘煤開采過(guò)程中過(guò)空巷時(shí)，在受到工作面的回采影響后，圍巖破壞程度加大。并且隨著工作面與這些巷道距離的逐步減小，巷道周圍的高應(yīng)力環(huán)境會(huì)與工作面周圍巖體的支承壓力相重合，產(chǎn)生劇烈的動(dòng)壓現(xiàn)象，對(duì)工作面的支架形成大量載荷，導(dǎo)致壓架、倒架的情況出現(xiàn)。過(guò)去工作面過(guò)空巷的方法主要有兩種，第一種方法是對(duì)空巷的圍巖加強(qiáng)支護(hù)，采用密集單體液壓支柱的方法通過(guò)空巷，但支柱的支承能力有限，無(wú)法對(duì)巷道起到保護(hù)作用，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失加重;第二種方法是以空巷作為新的切眼重新布置工作面，但這種方法導(dǎo)致工作面工序增加，并且損失大量的煤炭資源。上述兩種方法均有著一定的局限性，因此尋找合理的工作面過(guò)空巷技術(shù)措施十分必要。本文以山西某礦過(guò)空巷工況為基礎(chǔ)，提出采用充填的方法保證工作面安全通過(guò)空巷，該研究結(jié)果對(duì)其他相似情況工作面有著一定的借鑒作用。

1礦井概況

山西某礦開采煤層為3號(hào)煤，煤層的平均厚度為6m，其中3311工作面為一水平綜放工作面，工作面煤層采高為3m，放煤高度為3m。工作面前方250m存在著兩條封閉的空巷，兩條巷道與3311工作面切眼大致呈平行的關(guān)系，巷道之間的距離約為15m，封閉巷道為矩形巷道，巷道高度為3.3m，寬度為4.6m，由于工作面傾斜長(zhǎng)度為190m，兩條封閉的巷道貫穿整個(gè)工作面，因此可確定空巷長(zhǎng)度不小于190m。工作面與巷道分布情況如圖1所示。

2高水材料配比研究

空巷周圍巖體往往處于較高的應(yīng)力水平，這是由于原始巷道開挖后會(huì)在周圍形成應(yīng)力集中情況，加之工作面超前支承應(yīng)力的疊加作用，會(huì)導(dǎo)致工作面開采中出現(xiàn)強(qiáng)烈的動(dòng)壓現(xiàn)象。如果可以采取一定物體對(duì)空巷圍巖進(jìn)行一定的支撐，減輕空巷周圍的應(yīng)力集中情況。為了3311工作面推進(jìn)中能順利通過(guò)兩條空巷，本文提出采用充填材料過(guò)空巷的方法。常用的充填材料包括高水材料與超高水材料，兩者在凝固時(shí)間上有著一定的差距，由于高水材料凝固后所能提供的支撐強(qiáng)度要大于超高水材料，因此本次充填技術(shù)采用高水材料對(duì)空巷進(jìn)行充填。根據(jù)不同的材料與不同的配比方式，高水材料凝固后所能提供的支撐強(qiáng)度有著一定的區(qū)別，因此有必要對(duì)高水充填材料的參數(shù)及支撐能力進(jìn)行對(duì)比分析，從而選擇合理的充填材料。

高水充填材料為一種雙料無(wú)機(jī)粉末狀物體，包括A料與B料，兩者與水的混合比例在1.5～2.5∶1范圍內(nèi)。采用高水材料進(jìn)行充填，其穩(wěn)定性較好，并且凝固時(shí)間較短，能夠在較遠(yuǎn)的距離對(duì)空巷進(jìn)行充填。高水材料不同的凝固時(shí)間所能提供的支撐強(qiáng)度不同，不同比例下高水充填材料性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。由于3311工作面空巷長(zhǎng)度較大，因此選擇材料的水灰比為1∶1，該比例下材料一般凝固2h后的強(qiáng)度最低可達(dá)到11.2MPa，當(dāng)凝固3d后，其支撐強(qiáng)度能夠達(dá)到15MPa以上。

對(duì)A料與B料的黏度與流動(dòng)度進(jìn)行分析可判斷高水材料是否能夠滿足本工程需求。A料與水混合后，其初始流出時(shí)間為31.3s，等待5h后其流出時(shí)間為32.9s;B料與水混合后，初始流出時(shí)間為29.5s，等待5h后流出時(shí)間為31.9s，兩種材料與水混合放置5h后的黏度并無(wú)太大變化。A料的初始流動(dòng)度為305mm，放置5h后的流動(dòng)度為295mm;B料的初始流動(dòng)度為330mm，放置5h后的流動(dòng)度為318mm，兩種材料放置5h時(shí)后的流動(dòng)度變化較小。通過(guò)上述分析可知，兩種材料分別與水混合后能夠在一段時(shí)間內(nèi)保持液體狀態(tài)，滿足遠(yuǎn)距離的充填過(guò)程，因此符合本工程要求。

3空巷充填方案研究

本文對(duì)該礦井3311工作面超前空巷充填方案分為兩部分，首先對(duì)封閉二巷進(jìn)行充填，待二巷充填完畢后對(duì)一巷進(jìn)行充填。

3.1封閉二巷充填方案

（1）鉆孔方案布置

根據(jù)兩空巷水平高度情況，一巷的標(biāo)高要高于二巷，因此可從一巷施工鉆孔向二巷進(jìn)行充填，鉆孔與水平夾角約為1°～3°，穿過(guò)兩巷道之間煤柱接通二巷。一巷內(nèi)充填鉆孔共布置8個(gè)，每個(gè)鉆孔的間距為25m，鉆孔直徑設(shè)計(jì)為75mm，采用直徑為38mm的高壓膠管進(jìn)行充填。充填鉆孔應(yīng)施工在二巷的最高位置。

（2）檢查鉆孔布置

為確定二巷充填效果，在一巷內(nèi)布置檢查鉆孔，鉆孔位置在巷道標(biāo)高較高處，檢查鉆孔分別布置在巷道內(nèi)60m、120m、180m處。檢查鉆孔參數(shù)與充填鉆孔相同，一方面檢查鉆孔可檢測(cè)充填鉆孔內(nèi)有無(wú)堵塞現(xiàn)象出現(xiàn)，另一方面可驗(yàn)證二巷內(nèi)充填材料是否在各位置與頂板成功接頂。

（3）充填管路設(shè)計(jì)

本次高水充填工程設(shè)備為雙液充填泵，充填泵的流量為700L/min，通過(guò)Y型混合器將兩種料液混合為一管。兩種材料分別通過(guò)攪拌桶與水進(jìn)行混合，先加水后加料，加料的同時(shí)打開攪拌器防止材料沉淀，兩攪拌桶采用直徑為50mm的高壓膠管注入至充填泵中進(jìn)行混合。一巷內(nèi)充填管路在鋪設(shè)過(guò)程中應(yīng)防止管路交纏在一起，盡量平直掛放。

3.2封閉一巷充填方案

一巷內(nèi)充填過(guò)程分為兩個(gè)階段。第一階段現(xiàn)在一巷底部位置施工擋墻，擋墻高度為2.8m，上方留有0.5m的空間作為巷道通風(fēng)使用，第一階段的充填過(guò)程主要是用于觀察巷道內(nèi)充填材料的凝固情況、漿液的擴(kuò)散情況等，充填放漿點(diǎn)布置在擋墻上最高點(diǎn)。

第二階段充填在第一階段充填液面達(dá)到2.8m處時(shí)開始實(shí)施，此時(shí)先將擋墻上方留有的0.5m空間進(jìn)行封閉，留有充填鉆孔即可，待擋墻搭建完畢后，繼續(xù)對(duì)空巷進(jìn)行充填注漿，直到巷道內(nèi)材料充滿為止。

3.3空巷補(bǔ)強(qiáng)加固措施

為提供充填后空巷的穩(wěn)定性，在充填同時(shí)對(duì)空巷采取一定的補(bǔ)強(qiáng)加固措施。在空巷內(nèi)底板、兩幫和頂板預(yù)先鋪設(shè)鐵絲網(wǎng)，并將所有鐵絲網(wǎng)共同搭接連成一個(gè)完整結(jié)構(gòu)，底板鐵絲網(wǎng)懸空搭設(shè)。除鋪設(shè)鐵絲網(wǎng)外，在鐵絲網(wǎng)下安裝道軌對(duì)底板進(jìn)行加固，導(dǎo)軌長(zhǎng)度與巷道寬度相同，兩根道軌間距為10m，道軌與底板高度在0.8～1m范圍內(nèi)，頂板安裝懸吊槽鋼，通過(guò)鋼絲繩懸吊道軌與鐵絲網(wǎng)。補(bǔ)強(qiáng)加固方案如圖2所示。

4巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)研究

3311工作面空巷充填完畢后，在工作面33113巷內(nèi)布置測(cè)站，對(duì)工作面推進(jìn)中巷道圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)站布置在工作面空巷位置處，對(duì)工作面推進(jìn)至空巷位置前的巷道圍巖變形情況進(jìn)行記錄，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3所示。

從圖中可以看出，工作面自切眼開始至推進(jìn)到空巷位置時(shí)，巷道圍巖變形呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。在工作面與空巷的距離大于30m時(shí)，巷道圍巖整體的變形基本穩(wěn)定，圍巖變形處于較小情況。當(dāng)工作面與空巷道的距離小于30m后，圍巖變形突然加劇，表明工作面對(duì)巷道圍巖的影響距離約為30m，工作面過(guò)空巷后，頂?shù)装逡平孔畲鬄?22mm，兩幫移近量最大為89mm，圍巖變形整體較小，對(duì)空巷的影響較小，工作面能夠順利通過(guò)空巷，表明采用高水材料充填空巷的措施具有著一定的可行性。

5結(jié)論

本文以山西某礦過(guò)空巷地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，提出了采用充填的方法通過(guò)空巷，具體結(jié)論如下：

（1）分析了充填材料在不同配比下的性能，根據(jù)3311工作面空巷條件，確定采用高水材料進(jìn)行充填，材料水灰比為1∶1，材料凝固2h后的強(qiáng)度最低可達(dá)到11.2MPa，凝固3d后，其支撐強(qiáng)度能夠達(dá)到15MPa以上，并且充填材料的黏度與流動(dòng)度能夠滿足過(guò)空巷需求。

（2）設(shè)計(jì)了具體的空巷充填方案，即先對(duì)封閉二巷進(jìn)行充填，后對(duì)一巷進(jìn)行充填，并對(duì)空巷補(bǔ)強(qiáng)加固措施進(jìn)行了完善。

（3）空巷充填完畢后，對(duì)工作面自開切眼推進(jìn)至空巷時(shí)的圍巖變形量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示巷道圍巖變形整體較小，表明采取充填措施后，工作面能夠順利通過(guò)空巷。

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