無煤柱注漿留巷技術探究

孟 哲

（山西煤炭進出口集團 左云韓家洼煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

1 概述

在進行深部開采的過程中，巷道因為埋深相對大，而且受到采用不均勻問題以及地應力問題的作用，使得巷道經常出現較為嚴重的破壞，給巷道的運行維護工作帶來極大不便，這樣會在一定程度上影響到煤礦開采作業(yè)的連續(xù)性，甚至可能引發(fā)停產問題。另外，在進行深部開采過程中，由于巷道所受地應力較大，所以通常會留置有較多的煤柱，這導致了煤炭開采過程中資源的回收率顯著降低，出現了相對嚴重的資源浪費問題。所以，就目前資源回收效率較低這一問題，在深部煤炭資源的開采過程中，要求應當進一步的對巷道布設形式以及巷道掘進工藝加以優(yōu)化，從而確保煤礦開采的安全性以及高效性。

2 工程技術條件

韓家洼煤業(yè)62210工作面屬于綜采工作面，目前所開采煤層為B10煤層，該煤層屬于首采煤層，同時也屬于非常重要的保護層。62210工作面的走向長度為1280m，斜向長度值為190 m，煤層的平均厚度值為1.1 m，直接頂結構屬于砂質泥巖結構，厚度值在3～9 m，直接底結構屬于細砂巖結構，厚度值在0～5 m，基本底結構屬于泥巖結構，厚度值為1～4m。在62210工作面開采工作之中，所采用的開采作業(yè)方式為兩個班組回采、一個班組檢修，通常在早班期間開展設備檢修工作，在中班以及晚班期間開展煤炭回采工作，62210工作面的開采高度值為1.1m，開采面每天推進度為4 m。在開展原巷充填作業(yè)過程中，為了能夠盡可能少的影響到回采工作，在早班時開展充填作業(yè)，充填泵站設置在62210工作面的底板巷之中。

3 原巷充填支護參數

3.1 原巷充填巷道支護參數

62210工作面的順槽結構屬于半圓拱形結構，巷道斷面的凈寬度值為4.8 m，斷面的凈高度值為3.4 m。在對頂板結構進行支護的過程中，使用聯合支護的工藝，錨桿采用的是高強預拉力錨桿材料，鋼筋網中鋼筋直徑為Φ6 mm，鋼帶型號為Ⅱ2型，連接方式為壓接。進行巷道頂板支護過程中，所采用的錨桿數量為7根，規(guī)格為Φ24mm×2200 mm。錨桿布設的間排距為800mm×1000 mm，預緊力值要求超過180N·m，錨固力值要求超過100 kN。使用的鋼筋網規(guī)格大小為1800mm×1200 mm，兩個鋼筋網相互壓接的長度值要求應當超過100 mm，而且鋼筋網需要完全的壓在鋼帶之下。

進行兩幫結構支護作業(yè)時，同樣采用聯合支護工藝，錨桿采用的是高強預拉力錨桿材料，鋼筋網中鋼筋直徑為Φ6 mm，鋼帶型號為Ⅱ2型，連接方式為壓接。所采用的錨桿數量為2根，規(guī)格為Φ24 mm×2200mm。錨桿布設的間排距為800 mm×1000 mm，預緊力值要求超過180N·m，錨固力值要求超過80kN。使用的鋼筋網規(guī)格大小為1800 mm×1200 mm，兩個鋼筋網相互壓接的長度值要求應當超過100 mm，而且鋼筋網需要完全的壓在鋼帶之下。若是兩幫位置裸露區(qū)域大于400 mm情況下，則直接的采用單體錨桿進行支護處理。

頂板結構的錨索支護使用3-0-3支護方式，在巷道中部設置一根錨索，在巷道的兩側沿著巷中位置個1～1.2 m位置處設置一根錨索，錨索的排距為2000 mm，錨索托盤的規(guī)格為400mm×400mm×15 mm。鋼絞線的直徑大小為Φ22 mm，長度值為6300 mm，每個孔洞均使用三個型號為Z2355的樹脂藥卷進行加長錨固處理，這樣可以更好的保證錨固效果，預緊力值要求超過120N·m，錨固力值要求超過200 kN。若是巷道頂板結構的完整性相對差，則應當確保錨索能夠緊跟著迎頭。巷道實際支護見圖1。

圖1 充填巷道巷內支護

3.2 原巷充填充填材料選擇

充填工藝的形式也包含有很多種，最為常見的為巷道旁填充方式以及采空區(qū)填充方式，以往在充填過程中所采用的材料主要包含有木垛、煤矸石以及粉煤灰等材料。采用上述材料進行回填作業(yè)，所構建的充填垛體很難達到巷道變形的要求，而且大部分都無法滿足設計標準?，F階段，進行巷旁填充作業(yè)過程中，所采用的材料多是一些膏體材料或者是高水材料。采用這些材料能夠確保充填過程中采取機械化施工的方式，可以和工作面掘進工作更為緊密配合，而且所構建的垛體也擁有相對高的支護阻力，擁有更為優(yōu)良的密閉效果，所以，上式充填材料在巷道充填支護過程中使用非常廣泛。

采用的高水填充材料其中包含有甲料以及乙料，在進行漿體的制備過程中，將甲料以及乙料分別的加水攪拌并完成運輸工作，在甲、乙兩種材料單獨的進行攪拌情況下其在24 h之內都不會出現凝固問題，若是將甲料和乙料以4∶1的比例混合之后則可以在非常短的時間之內發(fā)生凝固。如此便能夠有效的緩解井下作業(yè)面運輸系統(tǒng)負擔，同時也能夠確保泵站在選擇具體位置過程中可選擇性更多，更為的適宜應用在規(guī)模相對大的巷道充填施工過程中。

采用不同的材料，其充填工藝也有所差異，采用膏體充填過程中相關工藝相對來說比較復雜，所需的運輸工作量相對大，而且需要將泵站以及充填使用的材料均放置到作業(yè)面周圍較近的距離。高水材料其屬于一種特種水泥混合材料，此種材料的水灰比相對大，而且能夠在很短時間之內實現凝結。高水材料可以在非常短時間之中便能夠達到較高強度，從而可以有效的提供支護阻力，可以有效的避免頂板下沉問題出現，從而確保巷道具有更為優(yōu)良的穩(wěn)定性。另外，高水材料具體施工作業(yè)過程中，其機械化程度相對高，而且施工的工藝也相對簡單，同時對于采空區(qū)域也擁有非常優(yōu)良的隔離作用。

在充填帶的寬度值在1～3 m范圍內，在充填帶寬度不斷增加過程中，相應的圍巖結構受到的應力集中作用也隨之減弱，巷道的圍巖結構的位移量相應有所降低，而且圍巖結構發(fā)生破壞程度隨之減弱。當寬度值超過了3 m之后，則對著寬度的改變，其對于巷道圍巖結構受力情況、位移控制以及破壞控制等效果變化不是很大，因此，此次充填所選擇的充填寬度值為3 m。充填高度為巷道的高度，在3 m左右。

4 充填系統(tǒng)布置及工藝

4.1 充填系統(tǒng)布置方式

在設置充填系統(tǒng)過程中，最為關鍵的工作時包含有設置充填泵站具體位置、設計輸送管道的具體路線以及準備充填材料等等。在設計充填系統(tǒng)的過程中，需要結合工作面具體情況確保所設計的充填系統(tǒng)更為科學與合理，充填系統(tǒng)見圖2。

圖2 原巷充填系統(tǒng)

4.2 原巷充填工藝

所設計的充填工藝具體作業(yè)工序如下：將地板位置的浮煤徹底清除干凈→將充填袋進行吊掛→完成充氣作業(yè)→采用注漿泵設備進行漿液的輸送→將充填漿液輸送到充填點位置并充填至實現設置好的凝固袋之中。具體的充填工序見圖3。

圖3 原巷充填工藝流程

在進行充填施工作業(yè)前，應當確保底板徹底清理干凈，把浮煤以及浮矸等均清理掉，要能夠接觸到硬底。另外，巷道頂板結構相對堅硬，則需要通過預裂作業(yè)完成切頂再工作。在充填完成之前，應當確保垛體能夠和頂板良好接觸。實際工藝如下所述：

（1）第一，針對工作面順槽位置事先打設支護單體結構，以做好護頂工作，同時還需要支設充填作業(yè)所用模板。

（2）將巷道之中底板位置的浮煤以及浮矸等雜物全部的清除干凈，并在模板之中吊掛好充填袋，然后使用風管將充填袋充滿氣體。

（3）進行充填袋掛設過程中，應當及時的和泵站進行溝通，并通知泵站進行物料攪拌作業(yè)，而且還需要把漿體輸送管道插入至充填袋之中，然后將充填袋進行扎緊處理。

（4）由于之前會對輸送管道進行沖洗，而管道之中可能會有清水存在，為了避免管道之中遺留的清水流至充填袋之中，在漿體輸送之中應當把輸送管道三岔接口打開，事先將輸送管道之中的清水排除干凈。

（5）在開展充填作業(yè)過程中，快要接近頂板位置時，要和泵站進行實時的溝通，防止充填材料過多而溢出，達到節(jié)約材料的目的。在充填作業(yè)完成2 h之后，便能夠將支護的模板材料拆除。

在充填過程中，所選用的注漿泵型號為2zBYSB30300-90/5型，具體的工藝參數如表1所示。

表1 注漿泵具體工藝參數

5 原巷充填無煤柱掘巷經濟合理性分析

此次結合韓家洼煤業(yè)62210工作面實際充填施工實例，針對沿空留巷工藝以及原巷充填工藝加以分析，從經濟方面以及技術方面進行了對比，具體結果如表2所示。

表2 經濟成本對比

6 結語

采用原巷充填技術進行巷道支護施工，可以防止留置煤柱時所出現的應力集中問題，能夠顯著的增加煤炭回采效率，確保巷道維護以及維修工作變得更為簡單，顯著的降低了人工作業(yè)量，確保煤礦開采過程中的連續(xù)性以及高效性。原巷填充工藝在煤礦開采過程中不同采場接替時所發(fā)揮的作用更為重要，對于采場順利接替意義重大。