譚衛(wèi)東

（山西陽城陽泰集團(tuán)白溝煤業(yè)有限公司，山西 陽城 048100）

煤礦井下開采中，因受地質(zhì)條件變化、瓦斯、水害等礦井災(zāi)害治理、采掘接替臨時(shí)調(diào)整等因素影響，采煤工作面在回采過程中經(jīng)常會出現(xiàn)遭遇空巷情況。因工作面與空巷平交或斜交，在交接處巷道斷面大、應(yīng)力集中，在其影響范圍內(nèi)巷道出現(xiàn)受壓變形嚴(yán)重、煤墻片幫冒頂、頂板支護(hù)困難等現(xiàn)象，嚴(yán)重制約著工作面安全高效回采。工作面過空巷一般采取的主要方法是工作面?zhèn)涡辈贾没夭?、空巷?nèi)提前采取補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)加固、工作面遷巷等，上述過空巷方法在施工過程中存在投入人員多、生產(chǎn)效率低、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全系數(shù)低等問題[1-2]。本文針對白溝煤礦21041 工作面回采期間過空巷情況，提出利用高水速凝充填材料對空巷進(jìn)行充填加固技術(shù)方案，通過試驗(yàn)和現(xiàn)場的應(yīng)用情況觀察，達(dá)到預(yù)期效果。

1 工程概況

白溝煤礦12205 工作面位于12 采區(qū)東翼中部，東鄰岳莊斷層保護(hù)煤柱，西鄰12采區(qū)上山保護(hù)煤柱，南鄰徐莊斷層保護(hù)煤柱，北部為未開采區(qū)域。工作面主采二1 煤層，煤層厚度1.8～15.6 m，平均5.6 m。工作面采用綜采放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板。因瓦斯治理需要，在距切眼180 m 和210 m位置布置有2 條高抽巷（如圖1），巷道沿傾斜布置，方向與工作面切眼方向平行。巷道斷面為矩形，凈斷面高×寬=3.2 m×4.6 m，長度194 m。

圖1 12205 工作面高抽巷布置示意圖

2 高水材料試驗(yàn)分析

2.1 材料性能分析

聯(lián)邦充填材料支護(hù)I號是一種雙組分無機(jī)材料，由A、B 兩種無機(jī)礦粉材料組成，具備完全阻燃、無毒腐蝕性等特點(diǎn)[3]。使用時(shí)按1:1 配合使用，A和B 兩種組分分別加水?dāng)嚢韬?，在混合?4 h 內(nèi)不凝固，但兩種漿體混合后5～30 min 內(nèi)即可完全固化。該高水材料充填固結(jié)體含水率高，使用時(shí)可根據(jù)不同的工程需要，選用不同的水灰比，同時(shí)具備凝結(jié)速度快、早期強(qiáng)度高、增長速度快、泵送性能好等特點(diǎn)[4]。聯(lián)邦充填材料支護(hù)按照不同水灰比配比和不同固結(jié)時(shí)間條件下形成的強(qiáng)度測試情況見表1。

表1 不同水灰比和固結(jié)時(shí)間條件下高水材料測試參數(shù)

由表1 測試數(shù)據(jù)可知，水灰比越小的充填材料，其形成的填充體的抗壓強(qiáng)度就越高，但消耗的材料數(shù)量也越大；相反，充填材料水灰比數(shù)值越大，其形成的充填體抗壓強(qiáng)度越低，但消耗的材料數(shù)量越小。綜上可知，采用水灰比值大的充填支護(hù)材料，能夠有效節(jié)約材料消耗，但會導(dǎo)致充填體的抗壓強(qiáng)度降低。

白溝煤礦12205 工作面1#和2#高抽巷沿煤層頂板掘進(jìn)，工作面在通過該高抽巷空巷時(shí)支架是從空巷內(nèi)充填體下方通過，充填體被支架頂梁托住，若充填體的抗壓強(qiáng)度過低，支架在經(jīng)過充填體時(shí)頂梁會陷進(jìn)充填體內(nèi)，造成支架拉移阻力增大，影響工作面正常生產(chǎn)。綜上分析，采用水灰比為3:1 的充填材料時(shí)，單組分漿液流動(dòng)時(shí)間在2 h 以上，而兩組分漿液混合后初始固化時(shí)間在20 min 左右，7 d以后充填體抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到3.2 MPa 左右，其強(qiáng)度能夠達(dá)到空巷充填要求，且材料消耗量相對較低。

2.2 大體積充填固化試驗(yàn)

為便于觀察充填材料漿液的固化效果，在平地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行充填材料漿液的大體積充填固化模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)期間，選取尺寸為1 m×0.4 m×0.5 m 的充填模板，在模板內(nèi)鋪設(shè)塑料布用來防止?jié){液滲漏和保溫。A 和B 兩種組分材料各選取70 kg。

通過充填模擬試驗(yàn)可知，A、B 兩組分漿液混合后凝固時(shí)間大約為18 min，主要是因?yàn)榇篌w積的充填體能夠形成聚集熱量的條件，在高溫條件下更有利于充填漿液的凝固。在漿液凝固7 d 以后，將模塊取樣制成體積為70.5 mm×70.5 mm×70.5 mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣，對試樣的單軸抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測試，7 d后樣體的強(qiáng)度為3.5 MPa，比小體積的試樣強(qiáng)度略高。結(jié)果表明，大體積充填材料能夠形成聚集熱量的環(huán)境，在聚熱的條件下有利于提高充填體的抗壓強(qiáng)度。

3 高水材料充填方案

3.1 充填管路布置方案

結(jié)合工作面地質(zhì)條件，因1#高抽巷頂板標(biāo)高高于2#高抽巷，可以利用此條件從1#高抽巷向2#高抽巷施工充填鉆孔，優(yōu)先對2#高抽巷進(jìn)行充填。鉆孔設(shè)計(jì)仰角1°～3°，鉆孔間距20 m，采用直徑為75 mm 鉆頭施工，注漿孔內(nèi)安裝Φ51 mm 的高壓膠管作為注漿管，管路出液口懸掛在2#高抽巷巷道頂部最高處。注漿孔布置圖如圖2。

圖2 12205 工作面高抽巷注漿孔布置示意圖

3.2 充填方案

在對高抽巷進(jìn)行充填作業(yè)時(shí)，主要分三個(gè)階段實(shí)施。第一階段，首先在高抽巷口處施工擋液墻，防止注液時(shí)漿液從巷口流出。施工擋液墻時(shí)，為防止巷道內(nèi)有害氣體積聚，在距巷口頂部上方預(yù)留0.5m 高的通風(fēng)口作為巷道內(nèi)通風(fēng)使用。注漿前，每個(gè)注漿點(diǎn)處均需要鋪設(shè)單獨(dú)的進(jìn)液管路，且出漿口位置設(shè)置在該區(qū)域內(nèi)的最高點(diǎn)。當(dāng)巷道內(nèi)的漿液液面與擋液墻口齊平時(shí)，將擋液墻上方0.5 m 高的通風(fēng)口進(jìn)行封閉，封閉后進(jìn)行第二階段的注漿充填。當(dāng)漿液液面高度達(dá)到第二階段巷道區(qū)域內(nèi)的高點(diǎn)，到達(dá)第三階段預(yù)鋪設(shè)的注漿管路下沿時(shí)，可以開始第三階段的注漿充填[5]。充填示意圖如圖3。

圖3 高抽巷注漿充填示意圖

4 工作面過空巷補(bǔ)強(qiáng)措施

（1）工作面注漿措施

為防止工作面過空巷時(shí)煤墻片幫、冒頂影響工作面安全回采，當(dāng)工作面回采至距1#高抽巷10～15 m 位置時(shí)，采取在工作面切眼內(nèi)對煤體提前進(jìn)行注漿加固措施，使破碎的煤體提前固化，提高煤體的穩(wěn)固性和整體高壓強(qiáng)度，確保工作面安全回采。

工作面切眼內(nèi)煤壁注漿孔設(shè)計(jì)為雙排布置，上排孔距工作面頂板1000 mm，仰角15°，孔深為8000 mm，每間隔5000 mm 布置一個(gè)注漿孔。下排孔設(shè)計(jì)距工作面底板1500 mm，水平布置，孔深8000 mm，孔間距5000 mm。注漿孔布置如圖4。

圖4 工作面注漿孔布置示意圖

（2）工作面調(diào)斜

當(dāng)工作面回采至距1#高抽巷30 m 位置時(shí)，工作面機(jī)頭和機(jī)尾按照2:1 比例進(jìn)行推進(jìn)，即機(jī)頭推進(jìn)2 m 時(shí)，機(jī)尾推進(jìn)1 m，當(dāng)工作面回采至高抽巷位置時(shí)保證機(jī)頭超前機(jī)尾15 m，工作面與高抽巷斜交，使工作面支架逐架進(jìn)入高抽巷內(nèi)，減小工作面一次揭露高抽巷的面積，以便于工作面煤墻和頂板管理維護(hù)。

（3）加強(qiáng)巷道超前支護(hù)

在受高抽巷影響范圍的巷道內(nèi)加強(qiáng)巷道超前支護(hù)工作。在1#和2#高抽巷口向里5 m 范圍內(nèi)支設(shè)木垛進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。在高抽巷口前后20 m 范圍內(nèi)的巷道內(nèi)沿巷道走向方向使用單體液壓支護(hù)配合π 型鋼梁打設(shè)雙抬棚進(jìn)行加固，打設(shè)的抬棚一梁三柱，抬棚間距1000 mm，單體液壓支柱初撐力不低于90 kN，每班安排專人進(jìn)行檢查維護(hù)。

5 應(yīng)用效果分析

在工作面回采過程中，通過采取對空巷提前進(jìn)行注漿充填、工作面煤壁注漿、工作面調(diào)斜和受空巷影響段巷道超前加固支護(hù)等措施，在距離注漿孔水平方向1 m 位置施工1 個(gè)窺視鉆孔觀察煤體注漿前后情況，注漿后幫部煤體窺視情況如圖5、圖6。注漿后，原煤體發(fā)育的裂隙被充填固化，煤體完整性得到了提高，其強(qiáng)度相應(yīng)得到增加，注漿起到加固煤體的作用，工作面煤壁直線性較好，未出現(xiàn)大范圍片幫和漏頂現(xiàn)象，工作面實(shí)現(xiàn)了安全快速推進(jìn)。

圖5 注漿前幫部煤體窺視情況

圖6 注漿后幫部煤體窺視情況

6 結(jié)論

（1）通過大體積充填模擬試驗(yàn)可知，聯(lián)邦充填支護(hù)材料I 號在聚熱條件下，能夠有利于其抗壓強(qiáng)度的增長。

（2）綜合分析可知，采用水灰比為3:1 的充填材料時(shí)，單組分漿液流動(dòng)時(shí)間在2 h 以上，而兩組分漿液混合后初始固化時(shí)間在20 min 左右，7 d 以后充填體抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到3.2 MPa 左右，其強(qiáng)度能夠達(dá)到空巷充填要求，且材料消耗量相對較低。

（3）工作面過空巷期間，在提前利用高水材料對空巷采取充填措施的基礎(chǔ)上，為提高過空巷期間的安全系數(shù)，同時(shí)采取對工作面煤體進(jìn)行注漿固化、工作面調(diào)斜、巷道超前加固支護(hù)等措施。通過應(yīng)用結(jié)果表明，采取上述措施后，12205 工作面煤壁和頂板得到了有效控制，工作面實(shí)現(xiàn)了安全快速通過空巷。