張勇

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)部 山西 大同 037000）

1 引言

工作面過(guò)平行于切眼的空巷時(shí)，存在通風(fēng)系統(tǒng)紊亂、頂板大面積暴露甚至漏頂?shù)榷喾矫娴碾[患。傳統(tǒng)的過(guò)空巷措施是采取以錨網(wǎng)索為主的主動(dòng)支護(hù)和以木垛、單體液壓支柱為主的被動(dòng)支護(hù)進(jìn)行聯(lián)合維護(hù)，這樣的治理措施成本高、施工時(shí)間長(zhǎng)，回采期間頂板管理困難多、安全隱患大。本文提出了利用粉煤灰和末煤進(jìn)行配比再造煤體對(duì)空巷進(jìn)行充填的技術(shù)，并在同忻礦8201工作面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，確保工作面安全、高效的通過(guò)空巷，對(duì)其他存在空巷的綜采工作面安全回采起到了良好的示范借鑒作用。

2 工程概況

同忻礦三盤(pán)區(qū)山2#層8201工作面與相鄰8206工作面共用5201巷（沿空留巷）。可采走向長(zhǎng)度1 281.2 m，傾向長(zhǎng)度180 m，煤厚2.9 m，一次采全高垮落法管理頂板，低瓦斯，水文類(lèi)型中等。老頂為19.2 m~25.1 m厚的中粗粒砂巖，直接頂為12.8 m~19.8 m厚的粉細(xì)砂巖，直接底為0.78 m~1.16 m厚的粉細(xì)砂巖。為避免煌斑巖對(duì)回采期間的影響，現(xiàn)場(chǎng)在采位1 017 m位置開(kāi)掘空巷，巷寬7.7 m，高3.1 m，長(zhǎng)度180 m?？障镏ёo(hù)形式為錨網(wǎng)索及單體液壓支柱。工作面平面位置見(jiàn)圖1。

圖1 工作面平面位置圖

3 再造材料選擇和充填工藝

3.1 配比方案

3.1.1 再造煤體模塊材料配比

為獲得不同配比水泥末煤試樣的單軸抗壓強(qiáng)度，給空巷煤體再造材料提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，開(kāi)展水泥末煤的配比試驗(yàn)，并利用巖石三軸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。并采用普通硅酸鹽425#水泥、末煤、速凝劑和水進(jìn)行配比試驗(yàn)，其中末煤通過(guò)0.8 mm篩孔，試驗(yàn)?zāi)K按照《混凝土試模》JG237的規(guī)定制作為70.7×70.7×70.7 mm的立方體，24 h后脫模，在室內(nèi)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)5 d。模塊的具體配比方案如下：

方案一：水泥：末煤：速凝劑：水=1：4.2：0.04：0.5

方案二：水泥：末煤：速凝劑：水=1：4.0：0.04：0.5

方案三：水泥：末煤：速凝劑：水=1：3.8：0.04：0.6

方案四：水泥：末煤：速凝劑：水=1：3.6：0.04：0.6

方案五：水泥：末煤：速凝劑：水=1：3.4：0.04：0.6

方案六：水泥：末煤：速凝劑：水=1：3.2：0.04：0.6

方案七：水泥：末煤：速凝劑：水=1：4.0：0.035：0.6

方案八：水泥：末煤：速凝劑：水=1：4.0：0.03：0.6

方案九：水泥：末煤：速凝劑：水=1：4.0：0.04：0.6

3.1.2 再造煤體試樣情況說(shuō)明

制備再造煤體試樣45塊，成功脫模32塊，脫模后的試樣形態(tài)詳見(jiàn)圖2。養(yǎng)護(hù)后的試樣呈灰黑色，顆粒明顯，粒徑大多在2 mm～5 mm左右，且大多棱角缺失，脫模方向界面平整度較差。

圖2 脫模后試樣的形態(tài)

3.1.3 試樣試驗(yàn)方案

試驗(yàn)使用TAW-1000 kN微機(jī)控制電液伺服巖石三軸試驗(yàn)機(jī)、電子天平（稱(chēng)重30 kg，感重1 g）、工程塑料試模（70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm）等。

本試驗(yàn)按照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T70-2009中立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的規(guī)定進(jìn)行。采用位移控制模式，加載速率控制在0.02 mm/s。試樣抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中：σc為混凝土試件抗壓強(qiáng)度，MPa；

F為試件破壞荷載，N；

A為試件承壓面積，mm2。

3.1.4 試樣試驗(yàn)結(jié)果

方案一試樣平均抗壓強(qiáng)度為1.958 MPa，方案二試樣平均抗壓強(qiáng)度為3.620 MPa，方案三試樣平均抗壓強(qiáng)度為4.742 MPa，方案四試樣平均抗壓強(qiáng)度為3.995 MPa，方案五試樣平均抗壓強(qiáng)度為4.510 MPa，方案六試樣平均抗壓強(qiáng)度為5.717 MPa，方案七試樣平均抗壓強(qiáng)度為3.672 MPa，方案八試樣平均抗壓強(qiáng)度3.530 MPa，方案九試樣抗壓強(qiáng)度為3.189 MPa?？紤]現(xiàn)場(chǎng)煤體硬度3.0

3.2 空巷煤體再造施工充填的情況

因此，再造煤體材料采用配比為水泥：末煤：速凝劑：水=1：4:0.035:0.6（重量比）進(jìn)行混合配比的混合料。在采煤幫側(cè)留設(shè)的通道寬度1.2 m，通道內(nèi)支設(shè)中心距1.5 m接頂木柱，從2201巷與1.2 m通道交接處中心開(kāi)始向5201巷方向施工，直至煤體再造區(qū)域邊界結(jié)束。施工斷面圖及現(xiàn)場(chǎng)施工圖見(jiàn)圖3、4。

圖3 空巷充填施工斷面圖

圖4 現(xiàn)場(chǎng)施工效果圖

3.2.1 再造煤體單軸壓縮試驗(yàn)

在煤體再造期間培育17塊試樣送至大同大學(xué)，養(yǎng)護(hù)后的試樣呈灰黑色，部分模塊取樣未壓實(shí)，且大多棱角缺失，脫模方向界面平整度較差。取樣地點(diǎn)詳見(jiàn)（表1）。

表1 試樣抗壓強(qiáng)度匯總

單軸抗壓強(qiáng)度匯總詳見(jiàn)（表2）。

表2 試樣抗壓強(qiáng)度匯總

備注：編號(hào)3-1、1-5、3-4、3-5模塊由于試樣端面不平整，棱角缺失嚴(yán)重，1-4模塊取樣未壓實(shí)，致壓模試驗(yàn)時(shí)受力不均勻，產(chǎn)生異常結(jié)果，分析時(shí)已去除。除5個(gè)異常試塊，其它試塊單軸抗壓強(qiáng)度均大于3.5 MPa。

4 過(guò)空巷期間的措施

4.1 二切巷頂板施工卸壓孔預(yù)裂

為保證工作面通過(guò)二切巷再造煤體區(qū)域后二切巷頂板及時(shí)垮落，防止氣體濃度超標(biāo)，在二切巷內(nèi)施工卸壓孔預(yù)裂：

（1）二切巷內(nèi)1.5 m通道與2201巷相交處巷口起，距離煤壁側(cè)150 mm，沿二切巷向5201巷方向施工頂板預(yù)裂孔，施工范圍15 m，間距500 mm，孔深9.5 m，垂直頂板施工；

（2）二切巷內(nèi)1.2 m通道與5201巷相交處巷口起，距離煤壁側(cè)150 mm，沿二切巷向2201巷方向施工一組頂板預(yù)裂孔，施工范圍20 m，間距250 mm，孔深9.5 m，垂直頂板施工。

（3）在5201巷和2201巷二切巷巷口處，施工頂板卸壓孔，距巷幫100 mm，孔徑50 mm，孔距250 mm，傾向采空區(qū)75°。5201巷二切巷巷口處孔深8.1 m。2201巷二切巷巷口處孔深9.5 m。致裂卸壓孔分布見(jiàn)圖5。

圖5 致裂卸壓孔分布示意圖

4.2 過(guò)空巷期間頂板管理

（1）超前支護(hù)管理

當(dāng)工作面尾部或頭部距空巷50 m時(shí)，需加強(qiáng)兩巷超前支護(hù)管理工作，如單體有自卸、支設(shè)不牢靠、防倒防墜損壞等現(xiàn)象要及時(shí)進(jìn)行更換。如果頂板受采動(dòng)影響壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈時(shí)應(yīng)加強(qiáng)超前支護(hù)，單體柱距縮小至0.8 m，間距不變。同時(shí)延長(zhǎng)超前支護(hù)單體支設(shè)距離。

（2）工作面端頭管理

過(guò)空巷期間2201巷端頭每次按照一個(gè)推移步距進(jìn)行退錨，不得提前回撤，確保端頭懸板隨采隨落不得大于10 m2。如果頂板破碎可增大退錨步距。5201巷為沿空留巷，要確保支架后方距采空區(qū)完全垮落處距離不得大于10 m。

（3）礦壓管理

（a）工作面過(guò)空巷期間，要加強(qiáng)礦壓管理工作。隨時(shí)觀測(cè)支架壓力及尾巷壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化，并進(jìn)行分析和預(yù)判。

（b）工作面過(guò)空巷期間若受動(dòng)壓、填充區(qū)域再造煤體支護(hù)強(qiáng)度、硬度不夠等影響，造成巷道頂板破碎出現(xiàn)大面積垮落或者煤壁大量片幫等漏頂跡象時(shí)，應(yīng)采取及時(shí)移架、帶壓移架的方式迅速將支架前移，及時(shí)打開(kāi)護(hù)壁板。

4.3 過(guò)空巷期間工藝管理

為保證工作面安全的通過(guò)空巷，減少通過(guò)期間揭露空巷的面積，特將工作面調(diào)斜后逐段通過(guò)空巷。

4.4 通過(guò)煤體再造的現(xiàn)場(chǎng)情況

工作面完全通過(guò)空巷用時(shí)3天。割煤期間，機(jī)組截割二切巷再造煤體的過(guò)程中與截割煤體情況相似，現(xiàn)場(chǎng)再造填體截割后煤壁平直，工作面頂板及空巷頂板完好，整體無(wú)明顯礦壓顯現(xiàn)。通過(guò)空巷期間支架平均工作阻力見(jiàn)圖6。

圖6 過(guò)空巷期間支架平均工作阻力曲線圖

5 過(guò)空巷后的總結(jié)

實(shí)施煤體再造技術(shù)進(jìn)行充填開(kāi)采的優(yōu)勢(shì)有：

（1）充填空巷后，強(qiáng)化空巷周?chē)后w強(qiáng)度及支承能力，保證了空巷頂板穩(wěn)定。同時(shí)充填體使圍巖形成整體結(jié)構(gòu)，有效支護(hù)面積增大，減少了巷道的變形量。充填體具有一定的塑性，可一定程度減弱礦壓作用。

（2）充填體硬度與煤相近，截割充填體時(shí)與工作面截割煤體時(shí)相似，能保持工作面正常的回采速度通過(guò)空巷，使工作面能夠快速通過(guò)原空巷區(qū)域，提高回采安全性。

（3）充填施工工藝工序較簡(jiǎn)單、充填材料易獲得、可操作性較強(qiáng)，較容易施工。同時(shí)施工工期短，一天可充填5 m~10 m，可在較短時(shí)間內(nèi)完成空巷的充填。

（4）由于空巷頂板無(wú)補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，回采充填體后的空巷頂板比普通補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)頂板更易垮落，垮落周期短不易造成瓦斯積聚。

（5）由于再造煤體材料的主要成分為末煤，材料容易獲得且無(wú)毒無(wú)害，同時(shí)不增加工作面回采期間的原煤的灰分，可以有效保障相關(guān)煤質(zhì)發(fā)熱量指標(biāo)。

6 結(jié)論

綜上所述，對(duì)于工作面空巷內(nèi)實(shí)施煤體再造，可以保證工作面安全快速的通過(guò)空巷，對(duì)其他礦井存在空巷的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)做出良好的示范作用；同時(shí)為空巷提出一種有效的治理手段，具有一定的推廣價(jià)值。