高水充填技術在過空巷中的應用

馮明明

【摘 要】 為確保工作面能夠順利通過空巷，本文以山西某礦3311工作面地質條件為基礎，對高水材料性能及充填方案進行了研究，提出了采用高水充填材料過空巷的方法。通過分析不同配比下高水材料的性能，確定采用水灰比為1∶1的高水材料，并對具體充填方案與空巷補強加固方案進行了設計。根據(jù)空巷充填完畢后巷道圍巖的變形結果，巷道變形整體較小，表明采用充填方案后工作面能夠順利通過空巷。

【關鍵詞】 綜采工作面;空巷;高水材料;充填方案

【中圖分類號】 TD353 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2019）03-0029-03 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

由于小煤窯的大量開采，導致煤層結構被破壞形成廢棄巷道。在新礦井對殘煤開采過程中過空巷時，在受到工作面的回采影響后，圍巖破壞程度加大。并且隨著工作面與這些巷道距離的逐步減小，巷道周圍的高應力環(huán)境會與工作面周圍巖體的支承壓力相重合，產(chǎn)生劇烈的動壓現(xiàn)象，對工作面的支架形成大量載荷，導致壓架、倒架的情況出現(xiàn)。過去工作面過空巷的方法主要有兩種，第一種方法是對空巷的圍巖加強支護，采用密集單體液壓支柱的方法通過空巷，但支柱的支承能力有限，無法對巷道起到保護作用，導致經(jīng)濟損失加重;第二種方法是以空巷作為新的切眼重新布置工作面，但這種方法導致工作面工序增加，并且損失大量的煤炭資源。上述兩種方法均有著一定的局限性，因此尋找合理的工作面過空巷技術措施十分必要。本文以山西某礦過空巷工況為基礎，提出采用充填的方法保證工作面安全通過空巷，該研究結果對其他相似情況工作面有著一定的借鑒作用。

1礦井概況

山西某礦開采煤層為3號煤，煤層的平均厚度為6m，其中3311工作面為一水平綜放工作面，工作面煤層采高為3m，放煤高度為3m。工作面前方250m存在著兩條封閉的空巷，兩條巷道與3311工作面切眼大致呈平行的關系，巷道之間的距離約為15m，封閉巷道為矩形巷道，巷道高度為3.3m，寬度為4.6m，由于工作面傾斜長度為190m，兩條封閉的巷道貫穿整個工作面，因此可確定空巷長度不小于190m。工作面與巷道分布情況如圖1所示。

2高水材料配比研究

空巷周圍巖體往往處于較高的應力水平，這是由于原始巷道開挖后會在周圍形成應力集中情況，加之工作面超前支承應力的疊加作用，會導致工作面開采中出現(xiàn)強烈的動壓現(xiàn)象。如果可以采取一定物體對空巷圍巖進行一定的支撐，減輕空巷周圍的應力集中情況。為了3311工作面推進中能順利通過兩條空巷，本文提出采用充填材料過空巷的方法。常用的充填材料包括高水材料與超高水材料，兩者在凝固時間上有著一定的差距，由于高水材料凝固后所能提供的支撐強度要大于超高水材料，因此本次充填技術采用高水材料對空巷進行充填。根據(jù)不同的材料與不同的配比方式，高水材料凝固后所能提供的支撐強度有著一定的區(qū)別，因此有必要對高水充填材料的參數(shù)及支撐能力進行對比分析，從而選擇合理的充填材料。

高水充填材料為一種雙料無機粉末狀物體，包括A料與B料，兩者與水的混合比例在1.5～2.5∶1范圍內(nèi)。采用高水材料進行充填，其穩(wěn)定性較好，并且凝固時間較短，能夠在較遠的距離對空巷進行充填。高水材料不同的凝固時間所能提供的支撐強度不同，不同比例下高水充填材料性能測試結果如表1所示。由于3311工作面空巷長度較大，因此選擇材料的水灰比為1∶1，該比例下材料一般凝固2h后的強度最低可達到11.2MPa，當凝固3d后，其支撐強度能夠達到15MPa以上。

對A料與B料的黏度與流動度進行分析可判斷高水材料是否能夠滿足本工程需求。A料與水混合后，其初始流出時間為31.3s，等待5h后其流出時間為32.9s;B料與水混合后，初始流出時間為29.5s，等待5h后流出時間為31.9s，兩種材料與水混合放置5h后的黏度并無太大變化。A料的初始流動度為305mm，放置5h后的流動度為295mm;B料的初始流動度為330mm，放置5h后的流動度為318mm，兩種材料放置5h時后的流動度變化較小。通過上述分析可知，兩種材料分別與水混合后能夠在一段時間內(nèi)保持液體狀態(tài)，滿足遠距離的充填過程，因此符合本工程要求。

3空巷充填方案研究

本文對該礦井3311工作面超前空巷充填方案分為兩部分，首先對封閉二巷進行充填，待二巷充填完畢后對一巷進行充填。

3.1封閉二巷充填方案

（1）鉆孔方案布置

根據(jù)兩空巷水平高度情況，一巷的標高要高于二巷，因此可從一巷施工鉆孔向二巷進行充填，鉆孔與水平夾角約為1°～3°，穿過兩巷道之間煤柱接通二巷。一巷內(nèi)充填鉆孔共布置8個，每個鉆孔的間距為25m，鉆孔直徑設計為75mm，采用直徑為38mm的高壓膠管進行充填。充填鉆孔應施工在二巷的最高位置。

（2）檢查鉆孔布置

為確定二巷充填效果，在一巷內(nèi)布置檢查鉆孔，鉆孔位置在巷道標高較高處，檢查鉆孔分別布置在巷道內(nèi)60m、120m、180m處。檢查鉆孔參數(shù)與充填鉆孔相同，一方面檢查鉆孔可檢測充填鉆孔內(nèi)有無堵塞現(xiàn)象出現(xiàn)，另一方面可驗證二巷內(nèi)充填材料是否在各位置與頂板成功接頂。

（3）充填管路設計

本次高水充填工程設備為雙液充填泵，充填泵的流量為700L/min，通過Y型混合器將兩種料液混合為一管。兩種材料分別通過攪拌桶與水進行混合，先加水后加料，加料的同時打開攪拌器防止材料沉淀，兩攪拌桶采用直徑為50mm的高壓膠管注入至充填泵中進行混合。一巷內(nèi)充填管路在鋪設過程中應防止管路交纏在一起，盡量平直掛放。

3.2封閉一巷充填方案

一巷內(nèi)充填過程分為兩個階段。第一階段現(xiàn)在一巷底部位置施工擋墻，擋墻高度為2.8m，上方留有0.5m的空間作為巷道通風使用，第一階段的充填過程主要是用于觀察巷道內(nèi)充填材料的凝固情況、漿液的擴散情況等，充填放漿點布置在擋墻上最高點。

第二階段充填在第一階段充填液面達到2.8m處時開始實施，此時先將擋墻上方留有的0.5m空間進行封閉，留有充填鉆孔即可，待擋墻搭建完畢后，繼續(xù)對空巷進行充填注漿，直到巷道內(nèi)材料充滿為止。

3.3空巷補強加固措施

為提供充填后空巷的穩(wěn)定性，在充填同時對空巷采取一定的補強加固措施。在空巷內(nèi)底板、兩幫和頂板預先鋪設鐵絲網(wǎng)，并將所有鐵絲網(wǎng)共同搭接連成一個完整結構，底板鐵絲網(wǎng)懸空搭設。除鋪設鐵絲網(wǎng)外，在鐵絲網(wǎng)下安裝道軌對底板進行加固，導軌長度與巷道寬度相同，兩根道軌間距為10m，道軌與底板高度在0.8～1m范圍內(nèi)，頂板安裝懸吊槽鋼，通過鋼絲繩懸吊道軌與鐵絲網(wǎng)。補強加固方案如圖2所示。

4巷道圍巖變形監(jiān)測研究

3311工作面空巷充填完畢后，在工作面33113巷內(nèi)布置測站，對工作面推進中巷道圍巖變形情況進行監(jiān)測。測站布置在工作面空巷位置處，對工作面推進至空巷位置前的巷道圍巖變形情況進行記錄，監(jiān)測結果如圖3所示。

從圖中可以看出，工作面自切眼開始至推進到空巷位置時，巷道圍巖變形呈現(xiàn)增大的趨勢。在工作面與空巷的距離大于30m時，巷道圍巖整體的變形基本穩(wěn)定，圍巖變形處于較小情況。當工作面與空巷道的距離小于30m后，圍巖變形突然加劇，表明工作面對巷道圍巖的影響距離約為30m，工作面過空巷后，頂?shù)装逡平孔畲鬄?22mm，兩幫移近量最大為89mm，圍巖變形整體較小，對空巷的影響較小，工作面能夠順利通過空巷，表明采用高水材料充填空巷的措施具有著一定的可行性。

5結論

本文以山西某礦過空巷地質條件為基礎，提出了采用充填的方法通過空巷，具體結論如下：

（1）分析了充填材料在不同配比下的性能，根據(jù)3311工作面空巷條件，確定采用高水材料進行充填，材料水灰比為1∶1，材料凝固2h后的強度最低可達到11.2MPa，凝固3d后，其支撐強度能夠達到15MPa以上，并且充填材料的黏度與流動度能夠滿足過空巷需求。

（2）設計了具體的空巷充填方案，即先對封閉二巷進行充填，后對一巷進行充填，并對空巷補強加固措施進行了完善。

（3）空巷充填完畢后，對工作面自開切眼推進至空巷時的圍巖變形量進行了監(jiān)測，監(jiān)測結果顯示巷道圍巖變形整體較小，表明采取充填措施后，工作面能夠順利通過空巷。

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