趙太國(guó)

（山西汾西正旺煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032311）

1 工程概況

山西某礦3508綜放工作面開(kāi)采的3-1煤層厚度平均6.9 m，傾角2°～8°，采高3.0 m，放煤高度3.9 m，采放比為1∶1.3。3508綜放工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長(zhǎng)度896 m、斜長(zhǎng)225 m，埋深平均320 m。回采時(shí)采用的采煤機(jī)型號(hào)為SL-500、液壓支架型號(hào)為ZL15000/27.5/42，前排、后排刮板輸送機(jī)型號(hào)分別為42×1000×268ACF、42×1250×268AC。3-1煤頂直接頂為厚度6.5 m砂質(zhì)泥巖、泥巖互層，基本頂為厚度16.9 m的細(xì)粒砂巖、粗砂巖，直接底為厚度4.7 m的砂質(zhì)泥巖。

受到礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)變更影響，在采面回采范圍內(nèi)存在有空巷，巷寬為5.4 m、巷高為3.5 m，空巷與3508綜放工作面回風(fēng)巷間有68°夾角，具體位置關(guān)系見(jiàn)圖1。采面內(nèi)空巷原采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)工藝。受到3508綜放工作面開(kāi)采影響，采面接近空巷期間在采動(dòng)動(dòng)壓影響下空巷容易出現(xiàn)大面積冒落，給采面回采安全帶來(lái)巨大威脅。

2 空巷泵送支柱技術(shù)

2.1 泵送支護(hù)參數(shù)確定

泵送支柱技術(shù)由于支護(hù)強(qiáng)度高、支護(hù)面積大等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦井下回采巷道補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)中應(yīng)用較為廣泛，可顯著控制巷道頂板下沉量。支柱主要結(jié)構(gòu)包括有充填袋、無(wú)極充填材料等，其中無(wú)機(jī)充填材料主要有礦粉、硅灰以及硅酸鹽水泥等按照一定的配比混合而成，采用專用的充填泵填充到充填袋內(nèi)，無(wú)極材料凝結(jié)后形成強(qiáng)度高的支柱，有效支撐頂板。泵送支柱相對(duì)于木垛、錨桿、高水充填等支護(hù)材料，具有讓壓變形能力強(qiáng)、支護(hù)強(qiáng)度及殘余支撐強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)便于采煤機(jī)后續(xù)切割。

圖1 采面與空巷位置關(guān)系

在3508綜放工作面空巷內(nèi)布置兩排泵送支柱對(duì)空巷頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，充填支柱直徑為1 000 mm，高度根據(jù)巷高確定，間距均為10.0 m、排距為3.0 m，即兩排充填支柱與巷幫間距均為1.2 m。具體泵送支柱布置見(jiàn)圖2。

2.2 充填材料性能分析

現(xiàn)場(chǎng)采用的充填材料由A、B兩種材料組成，其中A材料以石灰為主、B材料主要為高嶺土，充填過(guò)程中A、B兩種材料按照1∶1的質(zhì)量比配合。由于選用的充填材料均為阻燃、無(wú)毒的無(wú)機(jī)礦粉，在使用過(guò)程中不會(huì)給作業(yè)人員身體健康帶來(lái)明顯威脅。充填過(guò)程中選用的材料消耗量小。

圖2 泵送支柱布置示意圖（單位：mm）

為了掌握泵送支柱性能，對(duì)泵送支柱進(jìn)行模擬分析。制作的圓柱直徑、高度分別為200 mm、600 mm，泵送充填材料按照1∶1.2至1∶1.4的水灰質(zhì)量比進(jìn)行，充填材料凝結(jié)耗時(shí)3～7 min，充填漿液重量容重為1 300～1 500 kg/m3。對(duì)圓柱進(jìn)行壓力試驗(yàn)，測(cè)試周期為20 d，從而掌握泵送充填材料強(qiáng)度變化情況，具體各時(shí)間范圍內(nèi)充填支柱強(qiáng)度變化情況見(jiàn)表1。

表1 充填支柱強(qiáng)度變化情況

從強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果看出，泵送充填材料充填完成2 h后泵送支柱強(qiáng)度即可達(dá)到1.3 MPa，24 h后泵送支柱抗壓強(qiáng)度即可達(dá)到3.8 MPa，充填完成后21 d時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到15.6 MPa，充填材料具有較高的強(qiáng)度，可滿足對(duì)空巷頂板的支撐需要。

2.3 施工工藝

空巷內(nèi)泵送支柱施工方向?yàn)?508主運(yùn)巷至3508回風(fēng)巷，在支柱施工點(diǎn)布置一臺(tái)螺桿泵進(jìn)行充填，螺桿泵額定工作電壓為660 V，輸出流量、壓力分別為40 m3/h、0.8 MPa。鋪設(shè)的注漿管管徑為DN25 mm。在空巷內(nèi)按照設(shè)計(jì)位置懸掛、固定充填袋。

3 工程實(shí)踐

在3508綜放工作面過(guò)空巷期間，采用泵送支柱對(duì)空巷頂板巖層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。隨著采面與空巷間距縮小，空巷受到采面采動(dòng)動(dòng)壓影響較為顯著，采面過(guò)空巷期間共計(jì)出現(xiàn)2次較為明顯的動(dòng)壓顯現(xiàn)情況，采面內(nèi)液壓支架工作阻力均顯著提升。由于采用泵送支柱對(duì)空巷頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，在采面來(lái)壓期間空巷頂板、底板及巷幫巖層均較為穩(wěn)定，其中頂板、巷幫最大變形量分別為280 mm、156 mm，均在允許范圍內(nèi)。在采面過(guò)空巷期間充填支柱未出現(xiàn)傾倒、失穩(wěn)等跡象，可以抵抗采動(dòng)動(dòng)壓影響。

4 結(jié)論

1）泵送支柱與頂?shù)装褰佑|面積大、強(qiáng)度高，可將頂板壓力通過(guò)支護(hù)傳遞給底板，不僅可滿足動(dòng)壓影響巷道頂板支撐需要而且可降低巷道底板底鼓量，為采面過(guò)空巷創(chuàng)造良好條件。為了確保采面回采安全，將泵送支柱應(yīng)用到3508綜放工作面空巷頂板控制中，并根據(jù)采面、空巷情況對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2）現(xiàn)場(chǎng)采用的泵送充填材料具有無(wú)毒、強(qiáng)度高、便于充填等優(yōu)點(diǎn)，充填完成2 h后材料強(qiáng)度即可達(dá)到1.3 MPa、24 h后強(qiáng)度達(dá)到3.8 MPa、21 d后強(qiáng)度達(dá)到15.6 MPa，可滿足空巷頂板控制需要。

2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，由于采用泵送支柱控制空巷圍巖變形，在采面過(guò)空巷期間未出現(xiàn)頂板冒頂、巷幫片幫、底鼓等現(xiàn)象，空巷圍巖保持穩(wěn)定，取得了顯著應(yīng)用效果。