馬志愿，李景鋒，方 寧，張鵬飛

（1.石家莊國盛礦業(yè)科技有限公司，河北 石家莊 050035；2.山西煤炭運銷集團 金達煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 032300）

1 概 況

煤礦總回風巷承擔著全礦井的安全通風任務，一旦發(fā)生冒頂坍塌，堵塞通風通道，會導致回風量急劇下降、供風量不足，威脅整個礦井的通風安全及正常生產秩序。陷落柱是煤礦井下采掘作業(yè)過程中，經常揭露的一種地質構造，陷落柱體常被不同地層的煤巖碎塊填充，無層序，混亂堆積[1]。巷道掘進揭露陷落柱時，由于柱體松散破碎，整體性較差，極易發(fā)生冒頂垮落，對巷道支護及安全生產極為不利。金達煤礦總回風巷沿9號煤層頂板布置，設計斷面寬×中高=3.5 m×3 m，在初次掘進200 m時，揭露了X53陷落柱（長軸直徑×短軸直徑=82 m×57 m），陷落柱未發(fā)現(xiàn)導水通道，無淋水。巷道穿越陷落柱破碎柱體過程中發(fā)生了頂板垮落，采用工字鋼架棚支護+噴漿+木垛接頂，增強了陷落柱段巷道的支護強度[2]。

十多年后，隨著生產規(guī)模的逐步擴大，需要對總回風巷斷面刷擴增大，以提高整個礦井通風能力，刷擴成巷后斷面寬×中高=5 m×3 m，凈斷面不小于15 m2，采用錨噴支護或工字鋼架棚+木垛+噴漿支護方式。礦方采用掘進機擴幫、臥底施工總回風巷，由外向里順應風流方向施工，當刷擴到總回風巷200 m處揭露陷落柱原冒頂區(qū)域時，再次發(fā)生大面積頂板垮落，在原陷落柱冒頂區(qū)（工字鋼架棚+木垛接頂）連續(xù)垮落11 m長巷道，冒落高度2～3 m，破碎的陷落柱體夾雜著腐朽的木垛圓木堵塞了總回風巷整個通風斷面，導致通風斷面受阻，風量減小，瞬間對整個礦井的通風安全構成嚴重威脅[3]。

以往傳統(tǒng)的處理方法，大多采用人工重新架設木垛勾頂，聯(lián)合臨時架棚前探梁支護，進行掘進一架支護一架方式整修，工人操作極不安全，而且進度慢、效率低，嚴重制約著整個礦井的通風安全[4]。以應急搶險的方式，迅速排除這一重大安全隱患，對實施工藝技術方案的適時針對性、可操作性提出了較高的技術要求和質量要求。

2 技術方案

2.1 構建假頂骨架

依據總回風巷揭露陷落柱二次冒落區(qū)段松散破碎圍巖的具體地質條件和充填施工工藝要求，采用預先搭設假頂防護網骨架的充填方案。

當冒落現(xiàn)場施工條件允許時，在碎渣冒落區(qū)的上方空洞區(qū)采用3～5 m長圓木(或鐵道、工字鋼等)，一端搭設最前端工字鋼棚梁之上（或完整支護區(qū)域的幫錨桿上），另一端搭接到冒頂區(qū)碎渣上，并排5～8根，其上鋪設金屬網和破舊風筒布，空洞區(qū)拋擲廢舊錨桿、木料、網片等形成假頂骨架。當冒落現(xiàn)場不具備施工條件時，采用數(shù)根6～8 m長錨索鉆孔穿入冒空區(qū)，構建充填體的鋼筋骨架。

2.2 充填空洞區(qū)

每個充填作業(yè)循環(huán)交錯布置6～8根注漿管路,均從碎渣冒落區(qū)最前端向冒落空洞區(qū)延伸，假頂骨架上快速充填馬浮因CTPFMF-2型充填密閉用酚醛樹脂發(fā)泡材料，形成約3 m厚的充填體假頂再生膠結支護層，重點對冒頂區(qū)的上部空洞適當加大注漿量。總回風巷縱向剖面如圖1所示。

圖1 總回風巷縱向剖面示意Fig.1 Longitudinal section schematic of total return airway

2.3 超前加固

采用預先超前加固4 m再向前掘進支護3 m方案。設計單排注漿孔，孔深4～5 m，注漿鉆桿長4.5～6.0 m，鉆孔直徑28 mm，孔間距0.7～1.5 m。

每個超前加固注漿循環(huán)工作面煤壁（陷落柱冒頂區(qū)巷道開挖斷面的圍巖）布置5～7根注漿鉆桿，均從開挖巷道斷面開孔，在一個平面內均勻展開，鉆孔垂直或斜交向上布置，鉆孔開孔與終孔均位于巷道頂板巖石內，重點對開挖斷面的外圍、上部鉆孔加大注漿量?？偦仫L巷縱向斷面如圖2所示。

圖2 總回風巷縱向斷面示意Fig.2 Longitudinal section illustration of total return airway

2.4 注漿量

根據總回風巷揭露陷落柱二次冒落區(qū)段松散破碎圍巖的具體地質條件，確定注漿充填、加固段巷道長度為11 m，充填體積約140 m3，要求總回風巷壓風管路供風風量不低于3.5 m3/min，供風壓力不低于0.6 MPa時，注漿終壓2～3 MPa，擴散半徑0.6～0.9 m。充填與加固注漿均根據現(xiàn)場注漿量及跑漏漿情況，對注漿管密度、深度和角度隨時調整，單孔注漿量與總注漿量依據上述注漿參數(shù)和巷道冒頂變化情況實時調整。

2.5 注漿材料

結合總回風巷揭露陷落柱二次冒落區(qū)的具體地質條件，為實現(xiàn)快速、安全、高效恢復礦井通風，應急處理冒頂區(qū)所使用的注漿充填材料為煤礦充填密閉用酚醛樹脂發(fā)泡材料（馬浮因CTPFMF-2型），該材料各項指標符合AQ/T 1090-2020《煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料》技術標準，具有煤安標志證書。馬浮因CTPFMF-2型反應溫度低于70℃，完全阻燃，膨脹倍數(shù)大于20倍，充填高冒區(qū)具有足夠的抗壓承載強度。

圍巖注漿加固材料選用石家莊國盛礦業(yè)科技有限公司生產的煤礦加固煤巖體用聚氨酯材料（固特瓏JGPUGN-5型），該材料各項指標符合AQ/T 1089-2020《煤礦加固煤巖體用高分子材料》技術標準，具有煤安標志證書。固特瓏JGPUGN-5型具有較好的滲透性，與煤巖體均有較高的粘合力，在壓力作用下可滲透到微裂隙之中，混合后反應膨脹凝固，形成致密的網絡骨架體，對陷落柱松散破碎帶起到有效的固結作用[5]。

2.6 注漿設備和工藝

注漿鉆孔采用大功率、高轉速風鉆或風動鉆機打眼，為適應破碎巖體的一次成孔，配備相應長度的特制注漿鉆桿。封孔、注漿采用ZZQ-0.36/12-J型氣動高壓雙液化學注漿泵（20 L/min超大排量、低壓力，具有煤安標志證書），其適應大體積空洞區(qū)的快速充填施工，大大縮短充填工序時間。與注漿設備配套的進風管路為φ19 mm高壓風管20 m，出漿管φ10 mm，長度10、5、2 m各若干根[6]。

施工工藝：敲幫問頂—構建假頂骨架—標孔—鉆充填孔—注漿充填空洞區(qū)—鉆加固孔—安裝注漿鉆桿及封孔部件—封孔—超前加固注漿—檢查注漿質量—掘進開挖—架棚支護—驗收—進入下一個注漿循環(huán)。

3 應用效果

采用應急注漿方法，充填并加固總回風巷揭露陷落柱二次冒落區(qū)段松散破碎巷道圍巖，可使陷落柱碎渣冒落區(qū)的煤巖體膠結為一體，形成了約3 m厚的充填體假頂再生膠結支護層，緩沖陷落柱冒落體對工字鋼支架的沖擊和破壞。

在空頂距離不超1 m、嚴格落實作業(yè)規(guī)程規(guī)定的有關技術要求時，為掘進機開挖揭露頂板之后、架棚支護之前托頂松散破碎帶不垮落或減少垮落創(chuàng)造了有利條件。提高了陷落柱冒頂區(qū)段巷道圍巖頂板的整體強度，為后續(xù)的掘進出渣、架棚支護工序施工提供了安全保障，為5 d時間安全貫通11 m冒頂區(qū)并完成永久巷道支護贏得了時間。

4 結 論

（1）以應急搶險的速度，迅速排除通風重大安全隱患，并依據總回風巷揭露陷落柱二次冒落區(qū)段松散破碎圍巖的具體地質條件和安全充填施工工藝要求，采用預先搭設假頂防護網骨架的充填技術方案，避免了單純大體積充填引起充填體整體下沉、垮落的風險。

（2）結合總回風巷揭露陷落柱二次冒落區(qū)的具體地質條件，應急處理冒頂區(qū)所使用的注漿充填材料和加固材料的合理參數(shù)匹配和分區(qū)域、分地層使用，既達到了充填空洞區(qū)，又實現(xiàn)了固結碎渣區(qū)，保證了開挖斷面內碎渣基本無注漿料，降低了材料費用，實現(xiàn)了開挖斷面外、上部碎渣膠結為完整支護體，提高了充填體的整體承載性能。

（3）大功率、高轉速風動鉆孔機具、特制注漿鉆桿與超大排量、低壓力風動注漿泵的聯(lián)合應用，為一次成孔、大體積空洞區(qū)的快速充填施工提供了可靠保障，縮短充填工序，為應急搶險贏得時間。該技術為我國煤礦類似特殊地質條件下的冒頂區(qū)應急搶險、快速貫通施工提供了一整套技術保障體系，技術經濟效益顯著，推廣應用前景廣闊。