郭世輝

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)趙莊煤業(yè)，山西 長治 048000）

小煤柱沿空掘巷可大幅提高資源回收率但是在第二個(gè)工作面回采期間，超前采動(dòng)影響下小煤柱側(cè)出現(xiàn)破碎、瓦斯泄漏問題。當(dāng)煤層瓦斯含量高，或者存在自燃傾向時(shí)，極容易發(fā)生掘巷內(nèi)瓦斯超限或采空區(qū)遺煤自燃事故[1-3]。以往多采用單一的混凝土噴漿方式進(jìn)行噴漿封閉，存在材料運(yùn)輸工程量大、變形易開裂等問題。本文以趙莊煤業(yè)1313大采高工作面8 m小煤柱沿空掘巷為工程背景，研究提出小煤柱防瓦斯泄漏綜合治理技術(shù)。

1 工程背景

趙莊煤業(yè)1313工作面埋深700～750 m，開采3#煤層，工作面設(shè)計(jì)走向可采長度450 m，傾向長度220 m，煤層平均厚度4.5 m，采用后退式綜合機(jī)械化一次采全高采煤方法。工作面布置13133巷（原13121巷）、13131巷2條順槽，順槽設(shè)計(jì)寬度5 m，高度4.5 m，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。

工作面南側(cè)為1312工作面采空區(qū)，垮落穩(wěn)定，北側(cè)為保護(hù)煤柱，西側(cè)為礦界，東側(cè)為盤區(qū)大巷。

1313工作面和1312工作面之間設(shè)計(jì)保護(hù)煤柱寬度50 m。計(jì)劃在保護(hù)煤柱內(nèi)開展沿空掘巷，小煤柱留設(shè)寬度8 m，掘巷設(shè)計(jì)寬度5 m，高度4.5 m，掘巷北側(cè)剩余37 m煤柱劃入1313工作面回采范圍，跨13133巷回采。掘巷與工作面位置關(guān)系如圖1。

圖1 掘巷與工作面位置示意圖

沿空掘巷小煤柱側(cè)采用錨索網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。錨桿長度2.4 m，排距1.2 m，每排5根錨桿，間距0.9 m，上排錨桿距頂0.4 m，下排錨桿距底0.5 m；錨索長度5.4 m，排距1.2 m，每排3根錨索，間距1.5 m，上排錨索距頂0.7 m，下排錨索距底0.8 m，采用雙層菱形金屬網(wǎng)護(hù)表。所有錨桿索均垂直于煤幫。小煤柱支護(hù)形式如圖2。

圖2 小煤柱錨桿索支護(hù)平面圖（mm）

2 存在問題及治理思路

趙莊煤業(yè)為高瓦斯礦井，工作面埋深大，地質(zhì)構(gòu)造多，煤體強(qiáng)度低。工作面采高大，礦壓顯現(xiàn)十分劇烈。以往留設(shè)50～60 m大煤柱護(hù)巷，留巷變形仍十分嚴(yán)重，幫鼓達(dá)到2～2.5 m。

雖然沿空掘巷位置在煤柱內(nèi)應(yīng)力降低區(qū)，但應(yīng)力降低區(qū)也是破壞卸壓區(qū)，雖然煤體能夠基本保持完整性，但承載能力已經(jīng)大幅降低。沿空掘巷期間，頂板壓力較小，可以實(shí)現(xiàn)安全掘進(jìn)，小煤柱不出現(xiàn)大變形，但在1313工作面回采期間，超前支承壓力作用下，小煤柱受兩側(cè)工作面的疊加影響，必然出現(xiàn)應(yīng)力集中、裂隙增多、破碎、大變形問題，不但造成掘巷與采空區(qū)溝通，存在采空區(qū)瓦斯泄漏風(fēng)險(xiǎn)，而且?guī)筒看笞冃螠p小了掘巷斷面，影響通風(fēng)和安全使用。其中采空區(qū)瓦斯泄漏為重大安全隱患。

為了防止小煤柱側(cè)瓦斯泄漏，計(jì)劃采取“噴漿+注漿”兩種手段配合的外封內(nèi)注治理思路。噴漿在表面形成整體封堵層，防止煤體風(fēng)化和瓦斯泄漏；注漿可以對小煤柱內(nèi)部裂隙和錨桿索孔填充封堵，阻絕漏風(fēng)通道，同時(shí)加固小煤柱，改善錨桿索受力狀況，減小煤柱變形量，減輕對噴漿層的壓力。

3 小煤柱“柔性薄噴+注漿”技術(shù)方案

3.1 柔性薄噴技術(shù)方案

噴漿應(yīng)當(dāng)在掘進(jìn)后快速完成。

以往多采用混凝土噴漿方式，噴涂厚度150～200 mm，以小煤柱側(cè)高度4.5 m，長度450 m，噴涂厚度170 mm，回彈損失15%，混凝土噴層密度2.5 t/m3測算，混凝土噴漿需要約989 t干料。掘巷運(yùn)輸條件差，運(yùn)輸壓力極大。此外，混凝土噴漿還存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、噪音大、回彈率高、粉塵大、作業(yè)環(huán)境污染、設(shè)備笨重、容易開裂等諸多問題。

本次采用一種柔性薄噴材料，分為A組分和B組分。A組分為乳膠狀液體，桶裝，50 kg/桶；B組分為粉體，袋裝，25 kg/袋。使用質(zhì)量比A:B=0.6:1。主要性能如下：

（1）兩種組分按比例混合后，形成高濃度可泵送漿體，噴涂到煤壁上掛壁良好，60 min左右固結(jié)成膜，1 d抗壓強(qiáng)度3 MPa左右，粘結(jié)強(qiáng)度在1.5 MPa左右，具備柔性特征，噴層固化后可以彎曲折疊，有效適應(yīng)圍巖變形而不發(fā)生開裂。

（2）噴涂厚度小。噴涂厚度僅需3～5 mm即可，按照5 mm厚度噴涂，每噸噴涂材料理論上可以噴涂240 m2，考慮煤壁不平整，材料消耗增大的因素，實(shí)際能夠達(dá)到160 m2左右。

（3）使用絕對安全。最高反應(yīng)溫度＜40 ℃，同時(shí)具備絕對阻燃、抗靜電特征。

付軍科認(rèn)為，ERAS不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)，更多的是一種理念的更新，其核心就是圍繞患者圍手術(shù)期的加速康復(fù)采取一系列優(yōu)化措施。“這和國家講的時(shí)刻為患者利益考慮，讓患者獲得優(yōu)質(zhì)醫(yī)療服務(wù)的理念是高度契合的?！备盾娍普f，本著這樣的核心理念，以患者為中心，想辦法預(yù)防一些并發(fā)癥的發(fā)生，就會自然啟動(dòng)ERAS的各個(gè)程序，伴隨而來的便是醫(yī)療質(zhì)量的提升及對精細(xì)化醫(yī)療管理的踐行。

（4）施工速度快。單日可噴涂4 t材料，噴涂過程中材料掛壁良好，基本無回彈，作業(yè)環(huán)境好。

（5）設(shè)備輕便、工藝簡單。采用立式氣動(dòng)噴涂泵，以井下壓縮空氣作為動(dòng)力，不需接電，總質(zhì)量35 kg，移動(dòng)方便，兩側(cè)最大覆蓋范圍80 m。

噴涂工藝：采用復(fù)噴工藝，一次噴涂厚度為2～3 mm，等待1 d完全固化后，進(jìn)行第二遍噴涂。厚度2～3 mm，最終噴涂厚度5 mm左右，目的是防止煤體表面不平整造成第一遍噴涂層有裂縫，第二遍可將第一遍裂縫覆蓋，確保完全不漏風(fēng)。

3.2 小煤柱注漿加固方案

小煤柱注漿加固的關(guān)鍵在于：（1）小煤柱寬度有限，裂隙發(fā)育，要預(yù)防漿液擴(kuò)散到另一側(cè)采空區(qū)，造成材料浪費(fèi)。（2）合理注漿時(shí)機(jī)選擇。注漿過早則裂隙不發(fā)育，可注性差，注完以后重新壓碎；注漿過晚則煤體已經(jīng)發(fā)生大變形，注漿材料消耗量大且效果不佳。

為了防止?jié){液向采空區(qū)擴(kuò)散，計(jì)劃采取高密度淺鉆孔和快凝注漿材料相結(jié)合的方式。高密度鉆孔保障了漿液的擴(kuò)散效果，淺鉆孔留下足夠的防漏漿煤柱寬度；快凝注漿材料可以控制單個(gè)鉆孔漿液擴(kuò)散范圍，防止漏漿到采空區(qū)。

注漿鉆孔布置：鉆孔排距2 m，每排3個(gè)鉆孔，間距1.4 m，上部鉆孔距頂0.5 m，仰角5°，下部鉆孔距底1.2 m，垂直于煤幫，中部鉆孔也垂直于煤幫，孔深均為4.5 m，孔徑42 mm。注漿鉆孔布置示意圖如圖3。

圖3 小煤柱注漿鉆孔布置示意圖（mm）

合理注漿時(shí)機(jī)：進(jìn)入1313工作面超前支承壓力區(qū)之后，裂隙開始逐漸發(fā)育貫通，可注性增強(qiáng)，但不可等到圍巖出現(xiàn)大變形，同時(shí)要盡量縮短注漿完畢到工作面推過的時(shí)間差，縮短圍巖變形時(shí)間。合理注漿時(shí)機(jī)應(yīng)是始終超前工作面30～50 m進(jìn)行，隨工作面推進(jìn)“移動(dòng)注漿”。

注漿參數(shù)：為防止?jié){液擴(kuò)散過遠(yuǎn)，采用低壓緩注的注漿工藝，注漿壓力2～4 MPa，不宜過高，控制注漿泵流量。根據(jù)單個(gè)鉆孔覆蓋范圍和裂隙率測算，單個(gè)鉆孔注漿量控制在100～125 kg，如果出現(xiàn)長時(shí)間無壓注漿，應(yīng)及時(shí)換孔。

4 工程量及效果考察

4.1 工程量

沿空掘巷完成后，對小煤柱側(cè)進(jìn)行集中噴涂封閉，使用柔性薄噴材料共計(jì)13 t，工期7 d，平均噴涂厚度5 mm。

在1313工作面回采期間，在超前區(qū)30～50 m范圍“移動(dòng)注漿”，單孔消耗注漿材料約0.1 t，總計(jì)消耗注漿材料68 t，平均注漿壓力3 MPa。

4.2 效果考察

（1）噴涂過程中，施工速度快，漿液掛壁、凝固、柔韌性和強(qiáng)度均良好。

（2）掘巷使用期間，在小煤柱側(cè)進(jìn)行了全程瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)有明顯的瓦斯泄漏。

（3）掘巷使用期間，小煤柱側(cè)變形量控制在300 mm以內(nèi)，煤壁較為平直完整，錨桿索受力在合理范圍內(nèi)，未出現(xiàn)嚴(yán)重變形和鼓包破裂現(xiàn)象。

5 結(jié)論

（1）沿空掘巷小煤柱受下一工作面回采動(dòng)壓影響，容易出現(xiàn)大變形和瓦斯泄漏問題，采取“噴漿+注漿”的外封內(nèi)注治理思路；

（2）采用柔性薄噴材料，噴涂厚度5 mm左右，具備柔韌性、阻燃抗靜電、低溫等特征，材料消耗量不及混凝土的2%，有效解決了材料運(yùn)輸和開裂問題；

（3）小煤柱注漿采用高密度淺鉆孔和快凝注漿材料相結(jié)合的方式，避免了漿液流入采空區(qū)，同時(shí)保證了漿液擴(kuò)散效果；

（4）效果考察表明，柔性薄噴材料掛壁性和柔韌性良好，掘巷服務(wù)期間小煤柱側(cè)未出現(xiàn)明顯瓦斯泄漏和大變形現(xiàn)象。