趙莊煤業(yè)底抽巷瓦斯抽采鉆孔回填技術(shù)研究

焦晉斌

(晉城煤業(yè)集團(tuán) 趙莊煤業(yè)， 山西 晉城 048000)

高瓦斯礦井一般采用底抽巷預(yù)抽掩護(hù)回采巷道掘進(jìn)，解決瓦斯問(wèn)題[1-2]，但也存在一定的弊端。對(duì)于低透氣煤層，瓦斯抽采孔施工比較密集，并結(jié)合水力沖孔，大量煤渣被沖出后，煤體內(nèi)部空虛、松散，造成回采巷道掘進(jìn)時(shí)，巷幫十分破碎，錨索錨固困難，錨固力極低，嚴(yán)重影響一次支護(hù)效果，后期巷道維護(hù)十分困難，變形量極大[3-4]. 煤礦往往采取回采巷道擴(kuò)幫、注漿加固措施，一方面擴(kuò)幫、注漿工程量極大，大幅增加巷道維護(hù)成本；另一方面巷道返修嚴(yán)重影響采掘銜接[5]. 針對(duì)底抽巷瓦斯抽采鉆孔引起的回采巷道維護(hù)問(wèn)題，研究瓦斯抽采鉆孔回填技術(shù)，以期提高一次支護(hù)效果，大幅降低巷道維護(hù)成本。

1 工程背景

晉城煤業(yè)集團(tuán)趙莊煤業(yè)開(kāi)采3#煤層，一盤區(qū)3#煤層厚度4.5 m，煤層瓦斯含量6.99～12.73 m3/t，煤層透氣性系數(shù)0.21～0.46 m3/(MPa2·d)，采用大采高綜采方式，順序開(kāi)采。以1310工作面為例，工作面布置3條巷道，13103巷、13101巷、13102巷，其中13102巷為下一工作面1311復(fù)用。13101巷與13102巷間隔煤柱60 m，煤柱下方布置1條底抽巷，向13101巷和13102巷施工大量瓦斯抽采鉆孔提前抽采，掩護(hù)其掘進(jìn)，見(jiàn)圖1，圖2.

圖1 工作面巷道位置關(guān)系圖

圖2 底抽巷瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

趙莊煤業(yè)3#煤層屬于高瓦斯、低透氣煤層，抽采鉆孔平均間距1.5 m，采用水力沖孔方式提高抽采效果，每孔約出1 t煤矸渣。

底抽巷斷面均為矩形，掘進(jìn)寬度為4 700 mm，高為3 200 mm，掘進(jìn)斷面積為15.04 m2. 采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，頂板錨索d22 mm，長(zhǎng)度6.4 m，加長(zhǎng)錨固，排距2 400 mm，間距1 700 mm，每排2根,兩端錨索距幫各1 500 mm，頂板錨桿長(zhǎng)度2.4 m，排距1 200 mm，間距1 050 mm，每排5根錨桿，兩端錨桿距幫各250 mm；兩幫錨桿桿體長(zhǎng)度2.4 m，排距1 200 mm，間距1 200 mm，上部錨桿距頂板350 mm，下部錨桿距底板450 mm. 底抽巷支護(hù)示意圖見(jiàn)圖3.

圖3 底抽巷支護(hù)示意圖

2 存在問(wèn)題及解決思路

2.1 存在問(wèn)題

底抽巷瓦斯抽采結(jié)束后，13101、13102巷開(kāi)始掘進(jìn)。掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)煤柱一側(cè)空虛、破碎，7.4 m長(zhǎng)幫錨索設(shè)計(jì)錨固力25 MPa，實(shí)際拉拔僅有5～12 MPa，一次支護(hù)效果較差。

尤其是13102巷，服務(wù)于1310、1311兩個(gè)工作面，受兩次采動(dòng)影響，服務(wù)期間煤柱一側(cè)變形十分嚴(yán)重，幫鼓一般1 500～2 000 mm. 為保證通風(fēng)和運(yùn)輸，必須采取擴(kuò)幫、注漿的巷修方式，耗費(fèi)大量的注漿、支護(hù)材料，以及大量的人工，嚴(yán)重影響采掘銜接。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一條復(fù)用巷道長(zhǎng)度2 600 m，煤柱一側(cè)注漿消耗材料約2 800 t，巷修費(fèi)用超過(guò)2 500萬(wàn)元。

2.2 治理思路

回采巷道巷幫破碎、大量返修的根本原因在于，底抽巷瓦斯抽采鉆孔使煤體內(nèi)形成大量的空洞，造成錨桿索無(wú)法正常錨固。因此，必須在抽采結(jié)束后，對(duì)抽采鉆孔進(jìn)行回填，使回采巷道掘進(jìn)時(shí)煤幫更為完整，提高錨桿索錨固力，提高一次支護(hù)效果，限制巷幫變形，避免巷道后期返修。

3 瓦斯抽采鉆孔回填方案

在1311工作面煤柱下方底抽巷進(jìn)行抽采鉆孔回填試驗(yàn)。

3.1 回填材料

采用成本低的高水充填材料，分為A型和B型，為保證一定的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)水灰比3∶1，A、B兩種漿液混合后，約25 min失去流動(dòng)性，可以滿足漿液在抽采孔內(nèi)充分?jǐn)U散，2 h強(qiáng)度約1.2 MPa，7 d強(qiáng)度約3 MPa，28 d強(qiáng)度約4 MPa.

高水充填材料最大優(yōu)勢(shì)是水灰比大，材料消耗少。充填空間使用干料約300 kg/m3.

3.2 充填鉆孔

1) 原抽采鉆孔布置。

直接利用瓦斯抽采鉆孔及內(nèi)部管路進(jìn)行充填。原瓦斯抽采鉆孔上、下兩排，下排鉆孔距離底板1.4～1.6 m，上排鉆孔距離底板3 m，孔深37～100 m，孔徑94 mm，平均鉆孔間距1.5 m. 鉆孔布置見(jiàn)圖4.

圖4 抽采鉆孔布置示意圖

2) 原插管方式。

先下d50 mm空心實(shí)壁PVC管(內(nèi)徑40 mm)，長(zhǎng)度20 m，兩頭2～3 m纏繞聚氨酯棉布封堵，中間灌入水泥漿封孔。封孔結(jié)束后，從實(shí)壁PVC管內(nèi)下d32 mm帶孔PVC管，長(zhǎng)度到達(dá)孔底，然后將帶孔PVC管退出20 m去掉，最后將剩余部分重新頂入孔底，以最大限度節(jié)約帶孔PVC管消耗，見(jiàn)圖5.

圖5 抽采鉆孔內(nèi)部插管方式示意圖

3.3 充填設(shè)備

充填設(shè)備選擇鎮(zhèn)江長(zhǎng)城注漿設(shè)備有限公司生產(chǎn)的2ZBQ50/19型氣動(dòng)充填泵2臺(tái)，GZJ-200型高速制漿機(jī)2臺(tái)，QB260型氣動(dòng)攪拌桶2個(gè)，DN50高壓膠管以及相應(yīng)的連接件。氣動(dòng)充填泵主要技術(shù)參數(shù)為：長(zhǎng)1 m×寬0.8 m×高0.8 m，額定流量50 L/min，注漿壓力0～19 MPa，質(zhì)量100 kg.

3.4 分段充填方式

底抽巷鋪設(shè)有軌道，具備運(yùn)輸條件，根據(jù)充填泵性能，采用分段充填方式，每400 m作為1個(gè)充填循環(huán)，共劃分為7個(gè)循環(huán)。

每個(gè)充填循環(huán)，將充填材料、設(shè)備布置在中間位置，向兩側(cè)各覆蓋200 m. GZJ-200型高速制漿機(jī)用于快速攪拌制漿，漿液均勻無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，制漿完畢后，放入氣動(dòng)攪拌桶中緩慢攪拌，實(shí)現(xiàn)間歇制漿、連續(xù)供漿。氣動(dòng)充填泵兩個(gè)吸漿口從攪拌桶內(nèi)吸入A、B漿液，泵送到孔口混合。

3.5 充填工藝參數(shù)

1) 充填量：原則上充滿為止，或者孔口壓力表壓力達(dá)到10 MPa.

2) 串孔：由于瓦斯抽采鉆孔間距較小，必然出現(xiàn)串孔，當(dāng)充填時(shí)從附近鉆孔串漿，采用閥門封堵繼續(xù)充填。

3) 漏漿：當(dāng)?shù)壮橄飵筒砍霈F(xiàn)裂隙、錨桿索孔漏漿時(shí)，應(yīng)減小充填泵流量，適當(dāng)降低水灰比，加快漿液凝固，并采用棉紗輔助封堵。

4) 充填實(shí)施時(shí)機(jī)：在底抽巷瓦斯抽采結(jié)束后，順槽掘進(jìn)前進(jìn)行實(shí)施。

4 工程量及效果考察

4.1 工程量

工期45天，實(shí)施長(zhǎng)度2 600 m，復(fù)用回采巷道一側(cè)共1 735個(gè)抽采鉆孔，出渣約1 735 t，空洞體積約1 285 m3，共充填鉆孔1 410個(gè)，串孔325個(gè)。共消耗高水充填材料385 t，單價(jià)1 300元/t，材料和施工成本約90萬(wàn)。

4.2 效果考察

1) 錨索錨固力。

回采巷道掘進(jìn)時(shí)，煤柱一側(cè)可見(jiàn)漿液充填痕跡，幫部成型明顯變好，7.4 m錨索錨固力25～30 MPa，比原來(lái)5～12 MPa顯著提高，可以滿足支護(hù)設(shè)計(jì)當(dāng)中錨固力要求。

2) 巷道變形量。

復(fù)用回采巷道在整個(gè)服務(wù)期間，煤柱一側(cè)巷幫鼓出量600～800 mm，比原來(lái)的1 500～2 000 mm減少60%以上，變形控制效果顯著，巷道斷面滿足使用，無(wú)需返修。

3) 經(jīng)濟(jì)效益。

復(fù)用回采巷道在整個(gè)服務(wù)期間，僅局部區(qū)域采取了注漿加固，消耗注漿材料約200 t，材料和施工成本約140萬(wàn)元，加上底抽巷抽采鉆孔回填費(fèi)用90萬(wàn)元，合計(jì)成本230萬(wàn)元，與原來(lái)的巷修費(fèi)用2 500萬(wàn)相比，不足10%.

5 結(jié) 論

1) 趙莊煤業(yè)工作面間隔煤柱下方底抽巷向回采巷道實(shí)施大量的瓦斯抽采鉆孔，引起回采巷道巷幫內(nèi)部破碎，是造成支護(hù)效果差，后期巷道變形嚴(yán)重的根本原因。

2) 制定了瓦斯抽采鉆孔高水充填材料回填方案，包括鉆孔布置、充填設(shè)備、充填方式及工藝參數(shù)。

3) 效果考察表明，采用高水材料回填方式，回采巷道錨索錨固力提高到25 Pa以上，巷幫變形量減小60%以上，成本不足以往巷修方式的10%，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益顯著。