張進(jìn)濤

（山西晉煤集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048205）

采空區(qū)密閉墻周圍煤體在礦壓作用下發(fā)生破碎產(chǎn)生裂隙漏風(fēng)，是引起采空區(qū)遺煤瓦斯外泄和積聚引起瓦斯事故的主要原因之一。其主要形成機(jī)理，是密閉墻所在區(qū)域煤體受頂?shù)装宀蓜佑绊憣?dǎo)致的煤體破碎，使閉墻或煤體中出現(xiàn)了裂隙通道，最終造成了采空區(qū)瓦斯不可控外泄。因此，加強(qiáng)對采空區(qū)閉墻防漏風(fēng)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯超前預(yù)控的重要手段。

1 現(xiàn)場概況

岳城煤礦為高瓦斯礦井，主要開采3#煤層。本次實(shí)施采空區(qū)密閉墻構(gòu)筑試驗(yàn)的4320工作面位于一水平三盤區(qū)東部，東部、北部為已回采的4318工作面、2319工作面。工作面服務(wù)年限為8.2個(gè)月。

1.1 地質(zhì)條件

4320工作面開采3#煤層，煤層平均厚度6.33 m，煤層傾角-7°～+9°，平均傾角1°，煤層穩(wěn)定，開采標(biāo)高為+860～+1025 m之間，3#層煤自燃傾向性等級為不易自燃。工作面走向長度1400.8 m，傾向長度210.5 m，采用走向長壁采煤法，綜采放頂煤開采工藝，工作面可采儲量為2245.2 kt。3#煤層頂、底板巖性見表1。

表1 3#煤層頂、底板巖性

1.2 巷道布置

工作面巷道布置及通風(fēng)方式見圖1。43203巷和43202巷之間留有30 m寬保護(hù)煤柱，每隔50 m布置聯(lián)絡(luò)巷。掘進(jìn)巷道時(shí)采用噴漿（厚度為150 mm）的方式構(gòu)筑兩道臨時(shí)密閉墻，回采時(shí)對43203巷實(shí)施沿空留巷，實(shí)現(xiàn)工作面整體雙“U”型通風(fēng)。沿空留巷選擇在巷道內(nèi)部靠近采空區(qū)一側(cè)，采用R150 mm×1500 mm板梁搭設(shè)“#”字型木垛，回風(fēng)隅角回風(fēng)通道斷面高度不小于3.5 m，寬度不小于1.5 m。在聯(lián)絡(luò)巷以里采空區(qū)側(cè)建500 mm厚煤袋墻，木垛釘木板，對煤袋墻和木板掛網(wǎng)噴漿厚度為500 mm，以封堵采空區(qū)，杜絕采空區(qū)漏風(fēng)。

圖1 4320工作面巷道通風(fēng)布置

2 現(xiàn)狀分析

目前現(xiàn)場密閉墻采用板墻+掛網(wǎng)+噴漿的工藝，主要材料為水泥和沙，由于施工工藝和通風(fēng)系統(tǒng)的原因，密閉墻存在以下問題：

（1）施工時(shí)間長，用工量大：每次噴漿厚度只能控制在300 mm，這樣完成一道密閉墻需要5天時(shí)間。在用工方面，每次噴漿至少需要6人，建一道密閉墻需要30個(gè)人；

（2）密閉墻抗壓強(qiáng)度差：由于密閉墻是分次噴漿的，每次噴漿的漿體之間存在縫隙，造成1.5 m厚的密閉墻不是一個(gè)整體，墻體受壓后分層，墻體抗壓強(qiáng)度差。

（3）密閉墻往外滲瓦斯，巷道內(nèi)瓦斯大：該區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)采用多巷通風(fēng)，工作面每推進(jìn)過一個(gè)橫川后在橫川內(nèi)建一道密閉墻來封閉采空區(qū)，隨著工作面往外推進(jìn)，回風(fēng)巷道路線上的密閉墻越來越多，密閉墻受壓變形后出現(xiàn)裂隙，采空區(qū)瓦斯?jié)B出，多個(gè)密閉墻都往巷道內(nèi)涌瓦斯，造成巷道內(nèi)瓦斯大，存在安全隱患。

（4）密閉墻四周與煤體接觸不嚴(yán)，存在漏風(fēng)：多處橫川受壓變形后，造成密閉墻四周與煤體存在縫隙，瓦斯在負(fù)壓的作用下會通過縫隙滲出。

3 主要研究內(nèi)容

針對以上存在問題，制定了本次研究的技術(shù)路線見圖2。

圖2 技術(shù)路線

4 密閉受力分析

采空區(qū)密閉墻的構(gòu)筑位置和厚度選擇十分重要。采空區(qū)密閉墻一般位于采空區(qū)和回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷之間，主要受到工作面采動影響帶來的頂?shù)装鍓毫Α⒉煽諈^(qū)側(cè)向壓力的相互作用，并且以采空區(qū)側(cè)向支承壓力為主，其壓力分布規(guī)律見圖3。

圖3 側(cè)向支承壓力分布

由圖3可知，在側(cè)向支承壓力和巷道開挖殘余應(yīng)力的作用下，保護(hù)煤柱的邊緣在不同程度上產(chǎn)生變形和破壞，在聯(lián)絡(luò)巷的巷口附近形成受力較原巖應(yīng)力低的卸載區(qū)域。卸載區(qū)的范圍與應(yīng)力的大小、煤質(zhì)和煤層開采高度有關(guān)，一般情況為1～3 m。支撐壓力區(qū)內(nèi)的應(yīng)力比原巖應(yīng)力升高了1～3倍，在頂板活動時(shí)期，聯(lián)絡(luò)巷巷道頂?shù)装逡平俣瓤蛇_(dá)10 mm/d以上，有時(shí)甚至高達(dá)20 ～35 mm/d。多數(shù)礦井側(cè)向支承壓力嚴(yán)重影響范圍為采空區(qū)側(cè)3～25 m范圍，少數(shù)礦井為15～35 m，在此范圍內(nèi)構(gòu)建密閉墻，墻體容易被壓裂壓垮。

5 密閉施工方案

針對采空區(qū)密閉墻的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了兩種密閉墻構(gòu)筑方案：

（1）噴漿筑模法。該方案是在充填體前后加設(shè)模板固定，在充填體內(nèi)直接灌注材料，充填結(jié)束后在閉墻表面分次噴漿。其模板基本布置見圖4。

圖4 方案一模板布置

（2）柔模袋筑模法。該方案與方案一相比，是將充填料替換成吊掛柔模袋，由直接填充改為柔模袋填充，其模板布置見圖5。

圖5 方案二模板布置

這兩種方案在技術(shù)上均可以實(shí)現(xiàn)，但構(gòu)筑速度和巷道密閉嚴(yán)密程度上，采用噴漿筑模法構(gòu)筑密閉墻可以使充填體與煤巖體完全接觸，部分漿液可注入破碎煤巖體內(nèi)部，封堵煤巖體中的漏風(fēng)裂隙，增強(qiáng)煤巖體的抗壓性能。但是這種方法的工藝較為復(fù)雜，需首先噴漿筑模，待模板形成后才可灌注充填，因此需要2～3個(gè)作業(yè)班才可完成。并且構(gòu)筑模板需要增加噴漿設(shè)備，噴漿混凝土材料也需要另外運(yùn)輸。而柔模袋法充填構(gòu)筑密閉墻，方案工藝簡單，密閉墻構(gòu)筑速度快，一般可在1個(gè)作業(yè)班內(nèi)完成所有工作，但存在墻體和圍巖接觸不緊密的問題，尤其是圍巖變形破壞嚴(yán)重時(shí)，可能會出現(xiàn)漏風(fēng)通道。

經(jīng)過現(xiàn)場勘查，由于4320工作面聯(lián)絡(luò)巷巷道頂?shù)装宸€(wěn)定，兩幫煤壁平整，采用柔模袋筑模法構(gòu)筑密閉墻，墻體與巷道接觸也比較嚴(yán)密。另外考慮到綜放工作面推進(jìn)速度較快，密閉墻構(gòu)筑任務(wù)緊張，從技術(shù)對比可知，柔模袋筑模法構(gòu)筑密閉墻方案較好。

6 密閉施工效果分析

根據(jù)設(shè)計(jì)形成的密閉墻構(gòu)筑方案和施工工藝，在4320工作面聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)進(jìn)行了采空區(qū)密閉墻的充填施工。

（1）現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，滯后工作面50 m位置處時(shí)開始構(gòu)筑密閉墻；之后隨著工作面向前推進(jìn)，至工作面超前密閉墻150 m時(shí)，橫川巷道基本趨于穩(wěn)定；之后隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，橫川巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤∮? mm/d，墻體基本不發(fā)生壓縮變形；至工作面推進(jìn)至超前密閉墻181 m位置處時(shí)，橫川巷道的頂?shù)装遄畲笞冃瘟繛?88 mm，兩幫最大移近量為223 mm。

（2）現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，充填體凝固時(shí)間能夠保持在1小時(shí)左右，墻體受力監(jiān)測顯示，墻體中對拉錨桿所受最大作用力為145 kN；經(jīng)計(jì)算，墻體最大應(yīng)力為6.4 MPa；工作面推進(jìn)至超前密閉墻141 m后，墻體應(yīng)力和錨桿拉力基本趨于穩(wěn)定。

（3）通過現(xiàn)場瓦斯實(shí)測可知，密閉墻構(gòu)筑后，閉墻前上方瓦斯?jié)舛葹?.2%～0.3%，墻內(nèi)外壓差為10～20 Pa，說明密閉墻密閉效果良好，密閉墻建成后能夠有效封閉采空區(qū)，取得了良好的效果。