田 帥

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)荊寶礦，山西 長(zhǎng)治 046299）

我國大量已經(jīng)關(guān)閉的小煤窯一般采用留設(shè)大量煤柱或以掘代采方式開采煤炭，造成了大量?jī)?yōu)質(zhì)資源浪費(fèi)和破壞。隨著對(duì)小煤窯的關(guān)停和整合，原有的老空區(qū)、空巷直接影響到整合后剩余煤炭資源的安全回收[1-5]。本文以荊寶煤業(yè)30203 運(yùn)輸順槽局部揭露老空區(qū)為工程背景，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際探測(cè)資料，設(shè)計(jì)提出了超前注漿充填+金屬前探梁臨時(shí)支護(hù)+工字鋼棚、錨網(wǎng)索永久支護(hù)的注漿充填過老空區(qū)技術(shù)，為類似條件巷道掘進(jìn)過老空區(qū)提供借鑒。

1 工程概況

30203 工作面開采3#煤，煤層厚5.62 m，堅(jiān)固性系數(shù)1.9～2.0，煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，基本頂為細(xì)粒砂巖，直接底為砂質(zhì)泥巖，基本底為細(xì)砂巖。30203 運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度164 m，巷道標(biāo)高+830～+840 m，巷道開口于二采區(qū)皮帶運(yùn)輸巷587 m 處東幫。30203 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面東為3502 工作面采空區(qū)，西為二采區(qū)皮帶運(yùn)輸巷，南為往年舊采空區(qū)，北為30202 回風(fēng)順槽。30203 運(yùn)輸順槽與30202 回風(fēng)順槽平行，與原花寶溝煤礦采空區(qū)（2003年開采）以隔離煤柱相鄰。30203 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至92 m 時(shí)，在前方34 m 探透采空區(qū)，繼續(xù)向前掘進(jìn)23 m后，停止掘進(jìn)，對(duì)采空區(qū)注漿充填。巷道沿頂掘進(jìn)，掘進(jìn)至126 m 處，巷道右側(cè)頂板上方揭露老空區(qū)，由于揭露老空位置沿掘進(jìn)方向前方地勢(shì)較高，導(dǎo)致第一次注漿充填材料倒流至揭露地點(diǎn)老空區(qū)的外側(cè)，未能將巷道掘進(jìn)揭露范圍內(nèi)的老空區(qū)充填嚴(yán)實(shí)。

2 注漿充填過老空區(qū)技術(shù)

30203 運(yùn)輸順槽局部揭露老空區(qū)，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際探測(cè)資料，設(shè)計(jì)提出了采用超前注漿充填+金屬前探梁臨時(shí)支護(hù)+工字鋼棚、錨網(wǎng)索永久支護(hù)的注漿充填過老空區(qū)技術(shù)通過老空區(qū)。

2.1 老空區(qū)超前注漿充填

由于30203 運(yùn)輸順槽揭露的老空方向與巷道掘進(jìn)方向呈平行狀態(tài)，且老空直接頂已經(jīng)冒落，若30203 運(yùn)輸順槽繼續(xù)沿煤層頂板掘進(jìn)，將導(dǎo)致注漿充填材料充斥整個(gè)掘進(jìn)斷面，巷道掘進(jìn)成巷效率低，不利于施工安全和頂板管理。因此，將原計(jì)劃30203 運(yùn)輸順槽沿頂掘進(jìn)過老空區(qū)改為沿底掘進(jìn)。

設(shè)計(jì)采用鉆孔式注漿充填法（第二次注漿）進(jìn)行超前注漿充填，注漿孔眼口高度布置在距巷道頂板向下1～1.5 m 左右。根據(jù)巷道寬度均勻布置3 個(gè)注漿孔，分別為左20°孔、中孔、右20°孔，實(shí)現(xiàn)對(duì)正前方老空區(qū)及其兩幫向外5～10 m 的區(qū)域進(jìn)行全覆蓋。鉆孔角度可根據(jù)老空位置進(jìn)行調(diào)整，注漿孔Φ50 mm，鉆孔深度以探測(cè)到空巷為準(zhǔn)。注漿孔內(nèi)埋入直徑1.5 寸的鋼管作為注漿管，注漿管長(zhǎng)10 m。超前注漿充填斷面如圖1。充填注漿材料采用鋁基高固水材料，水灰比3:1，初凝時(shí)間2 min，材料7 d 后強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，凝固強(qiáng)度為2～4 MPa。

圖1 過老空超前注漿充填斷面圖

2.2 金屬前探梁臨時(shí)支護(hù)

30203 運(yùn)輸順槽過老空區(qū)期間，采用金屬前探梁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，采用U 形卡將前探梁固定在棚梁上的凹槽內(nèi)。U 形卡采用2 cm 厚的鋼板焊制，U 形卡兩側(cè)分別焊制2 套16 mm×50 mm 螺栓。兩側(cè)螺栓緊固后，使其卡在工字鋼的凹槽內(nèi)固定。如圖2。

圖2 過老空期間金屬前探梁臨時(shí)支護(hù)圖（mm）

2.3 工字鋼棚、錨網(wǎng)索永久支護(hù)

在30203 運(yùn)輸順槽過老空期間，若巷道頂幫均為煤體，設(shè)計(jì)采用梯形工字鋼棚、錨網(wǎng)索進(jìn)行永久支護(hù)，棚距為800 mm，錨桿Ф20 mm、長(zhǎng)度2400 mm，錨索Ф18.9 mm、長(zhǎng)度8300 mm，錨桿間排距為800 mm×800 mm，錨索間排距為1400 mm×800 mm。若頂幫為注漿材料，設(shè)計(jì)采用工字鋼棚進(jìn)行永久支護(hù)，棚距為500 mm，采用U 形固定卡固定棚腿，每側(cè)棚腿采用3 副U 形卡固定；每間隔3 架工字鋼棚，固定1 架工字鋼棚棚腿，固定棚腿的U 形卡采用40 板鐵制作，每副卡箍采用2 套Φ20 mm×2000 mm 螺紋鋼錨桿將卡箍與棚腿固定在巷幫。工字鋼棚支護(hù)圖如圖3，錨網(wǎng)索加強(qiáng)支護(hù)如圖4。

圖3 過老空期間工字鋼棚支護(hù)圖（mm）

圖4 錨網(wǎng)索加強(qiáng)支護(hù)圖（mm）

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

將開發(fā)的注漿充填過老空區(qū)技術(shù)在30203 運(yùn)輸順槽進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。在30203 運(yùn)輸順槽過老空前（119～126 m 范圍）采用錨網(wǎng)索、工字鋼棚復(fù)合支護(hù)，錨網(wǎng)索排距為800 mm，棚距為800 mm。30203 運(yùn)輸順槽過老空期間，在126～130 m 范圍為實(shí)體煤掘進(jìn)，該段采用錨網(wǎng)索、工字鋼棚復(fù)合支護(hù)，錨網(wǎng)索排距為800 mm，工字鋼棚棚距500 mm，兩者交替布置；在130～142 m 范圍，巷道頂板和右?guī)蜑樽{材料，僅采用工字鋼棚支護(hù)，工字鋼棚棚距500 mm；30203 運(yùn)輸順槽142 m 處鉆探前方為實(shí)體煤，作為過老空區(qū)終點(diǎn)位置，為了加強(qiáng)老空區(qū)兩側(cè)頂板支護(hù)強(qiáng)度，在老空區(qū)終點(diǎn)位置繼續(xù)架棚7 架，棚距為800 mm。

30203 運(yùn)輸順槽采用注漿材料充填老空，8 d安全通過了老空區(qū)，過老空長(zhǎng)度為16 m，注漿量30.975 t（第二次注漿），注漿充填體積為154.875 m3，架設(shè)工字鋼棚51 架，其中35 架棚距為500 mm，16 架棚距為800 mm。相比采用錨網(wǎng)索、構(gòu)筑密閉墻過老空區(qū)，注漿充填過老空區(qū)技術(shù)有效簡(jiǎn)化了施工工藝，縮短了施工周期，且過老空區(qū)巷道維護(hù)效果顯著，表明充填過老空區(qū)技術(shù)的優(yōu)越性和合理性。試驗(yàn)巷道揭露采空區(qū)平面圖如圖5。

圖5 試驗(yàn)巷道揭露采空區(qū)平面圖（m）

4 結(jié)論

荊寶煤業(yè)30203 運(yùn)輸順槽局部揭露老空區(qū)，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際探測(cè)資料，提出采用超前注漿充填+金屬前探梁臨時(shí)支護(hù)+工字鋼棚、錨網(wǎng)索永久支護(hù)進(jìn)行過老空區(qū)。在過老空區(qū)期間，若巷道頂幫均為煤體，采用錨網(wǎng)索、工字鋼棚進(jìn)行永久支護(hù)；若頂幫為注漿材料，設(shè)計(jì)采用單一工字鋼棚進(jìn)行永久支護(hù)，僅用8 d 時(shí)間便安全通過了老空區(qū)。該技術(shù)簡(jiǎn)化了施工工藝，縮短了施工周期，實(shí)現(xiàn)了過老空區(qū)域頂幫的安全控制。