耿志新

（晉能控股煤業(yè)集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司，山西 朔州 038300）

1 工程概況

1.1 地質(zhì)生產(chǎn)條件

晉能控股煤業(yè)集團虎龍溝煤礦位于山西省懷仁縣鵝毛口鎮(zhèn)，礦區(qū)面積12.207 9 km2，可采儲量為9 078.8萬t，設計生產(chǎn)能力120萬t/a。81511工作面位于煤礦西北角，設計走向長度1215 m，開采5#煤，煤層厚度10.63 m，煤層采高3.3 m，煤層層位穩(wěn)定，結構簡單至較簡單。

81511工作面采用單一走向后退式長壁綜合機械化放頂煤開采，工作面主要設備配套情況：ZF13000/25/38型綜放液壓支架97架，MG650/1630-WD型 雙 滾 筒 采 煤 機1臺，SGZ-10002×855型 中 雙 鏈 刮 板 輸 送 機1臺，SZZ-1200/525型轉(zhuǎn)載機1臺，PCM-525齒輥破碎機1臺，BRW-630/37.5乳化液泵4臺，BPW-315/16型噴霧泵3臺。

1.2 存在的問題

81511工作面在掘進過程中揭露一空巷，其空巷位置情況如圖1。

空巷平行于運輸巷，呈矩形斷面，尺寸寬度×高度=4.5 m×3.5 m，空巷內(nèi)頂板采用木垛支護。

2 過空巷技術方案的確定

2.1 空巷破壞形式

81511工作面內(nèi)空巷密閉時間較長，采用木垛支護。該支護條件下巷道頂板巖層下沉斷裂，部分巷道頂板發(fā)生大面積冒頂事故，頂?shù)装搴拖锏纼蓭鸵平匡@著增加，低鼓問題突出，巷道斷面收縮率達到60%左右，支護遭到破壞，存在安全隱患，如圖2。

圖2 81511工作面空巷位置示意圖

圖2 81511工作面內(nèi)空巷斷面示意圖

2.2 81511工作面內(nèi)空巷治理的難點

（1）空巷與81511工作面推進方向一致，對工作面影響距離大。

（2）空巷為木垛支護，木垛支護阻力小，不能有效控制空巷變形，同時支護設備受侵蝕支護作用已失去，巷道嚴重失修。

（3）在充填率較低狀態(tài)下支架易出現(xiàn)空頂現(xiàn)象，同時易發(fā)生架前冒頂事故。

2.3 工作面空巷處理方法

（1）用木垛或支柱加強對空巷頂板的支護。該種方法是在工作面前方空巷中采用布置密集支柱或木垛的方式，對空巷頂板進行支護，以保證工作面順利通過空巷。但該支護方式適合礦壓顯現(xiàn)小、開采強度低的炮采和普采工作面。

（2）以空巷為切眼重新布置工作面。在工作面接近空巷時即搬家倒面，放棄一定范圍內(nèi)的煤體，在公共位置處重新布置工作面進行開采。但搬家倒面消耗開采成本高，不易采用。

（3）補打錨桿、錨索加固空巷頂板和兩幫支護。該方法是在工作面推進至空巷位置前，采用補打錨桿、錨索的方式對空巷頂板及兩幫進行補強支護，維護空巷頂板和兩幫的完整性，提高巷道圍巖穩(wěn)定性。適合過小跨度空巷，對于跨度大的空巷，應用效果不佳。

（4）空巷充填技術。利用充填材料，在工作面推進至空巷位置前，對空巷內(nèi)部空間進行全部充填，以保證工作面順利安全過空巷。采用充填材料對空巷區(qū)域進行全部充填是現(xiàn)階段對于工作面空巷較為有效的處理方式。

2.4 過空巷技術方案的確定

對81511工作面的空巷實況分析可知，木垛或支柱加強對空巷頂板的支護，搬家倒面的方法，補打錨桿、錨索加固空巷頂板和兩幫支護都存在一定的安全隱患，為此，確定過空巷技術方案為采用超高水材料全充技術。采用井下移動式充填時，成本低、效果好，且材料來源不受限制，是81511工作面過空巷的一種理想方法，是煤礦實現(xiàn)綠色開采的重要技術手段[1-6]。

3 超高水材料的特性及充填作用機理

3.1 超高水材料的強度特性

該超高水材料由A、B兩組分構成，采用鋁酸鹽、硫鋁酸鹽、鐵鋁酸鹽等特種水泥為A料，石灰、石膏等膠凝材料為B料，分別摻加一定的外加劑，組成雙液注漿充填材料，按1:1配比使用。單液存放較長時間時，和易性也較好。當兩種液體混合后，短時間內(nèi)可以形成以鈣礬石為骨架，凝膠體充填其間的硬化體結構，從而使材料具有一定的強度。高水材料水灰比可調(diào)范圍大，形成的固結體具有適當?shù)呐蛎浶阅?，結合水能力較強，單液流動性較好，泵送性能優(yōu)良。

根據(jù)81511工作面的實際情況，通過試驗確定超高水材料空巷充填的水灰比為2.5:1。此時材料的抗壓強度較好，成本較為合理。

3.2 超高水材料空巷充填的作用機理

（1）超高水材料漿液可對空巷周圍破碎煤巖體與空間膠結形成整體結構，可對頂板起到支撐作用，阻止頂板下沉。

（2）空巷充填施工中，超高水材料漿液滲入到煤壁和頂板的縫隙中，能有效地提高煤柱的承載能力，加固空幫和破碎的煤巖體。

4 現(xiàn)場實踐應用

4.1 充填工藝及充填站布置

井下移動式空巷充填方式具有靈活、輕便、易操作等特點，對充填條件要求不高，對井下環(huán)境適應性比較強，可進行井下流動式充填。移動式充填方式結構組成簡單，人員配備少，工藝系統(tǒng)簡單易操作。空巷充填材料消耗量大，需采取雙攪拌桶循環(huán)制漿、連續(xù)供漿，因此，移動式制漿站由4臺攪拌桶、2個盛漿桶、l臺雙液注漿泵、混合器和數(shù)根液壓膠管組成。即：A料、B料各采用2個攪拌桶制漿，每個攪拌桶配置一個吸漿管和一個閥門，通過三通混合成一根吸漿管與吸漿泵連接。攪拌制漿時，一桶供漿，另外一桶制漿。當供漿桶材料使用完畢，切換閥門至制漿桶供漿。循環(huán)式制漿能夠控制水灰比，保證漿液質(zhì)量，采用雙液注漿泵進行遠距離輸送，漿液A和漿液B輸送到充填地點時，經(jīng)混合器混合均勻后輸送到充填地點。

在工作面運輸巷道幫擴一段巷道作為充填站，擴幫長度10 m，擴深2 m，高度為原巷道高度。充填站內(nèi)的設備布置如圖3。

圖3 充填站設備布置示意圖

4.2 充填關鍵技術分析

（1）充填施工采取分段分區(qū)多次充填方式，可提高空巷充填后的整體接頂效果。

（2）充填施工前，對空巷木垛進行回收，消除割煤安全隱患。

（3）充填施工中，設立專業(yè)崗位觀測充填漿液情況，及時排除跑漿、不出漿、漿液不凝固等問題。

（4）注漿完成后，在攪拌桶中加入清水并將其打入注漿管中，實現(xiàn)對注漿管路的清洗。

4.3 應用效果分析

虎龍溝煤礦81511工作面采用超高水材料充填過空巷的技術方案，應用效果理想。

（1）空巷中充填超高水材料凝固時間短、穩(wěn)定，是較好的過空巷充填材料。

（2）81511工作面過空巷過程中，超高水材料充填體強度高，易于采煤機進行直接切割，與割煤效果一致。

（3）開采能有效控制巷道圍巖的變形，巷道圍巖變形較小，在可控范圍內(nèi)，過空巷時，無一起安全事故發(fā)生。

（4）81511工作面超高水材料充填施工，避免了空巷內(nèi)頂板支護作業(yè)和工作面空頂作業(yè)，工作人員勞動強度大幅度降低，工作效率大幅度提高。

5 結論

以虎龍溝煤業(yè)81511工作面過空巷為研究目標，在對空巷破壞形式及治理難點分析的基礎上，確定了81511工作面采用超高水材料充填過空巷的技術方案，并進行了工業(yè)性試驗。實踐應用效果表明：超高水材料充填技術過空巷能有效控制巷道圍巖的變形量，避免支架上方的空頂和冒落，有效保證了工作面81511工作面開采的安全性。