工作面過巷式開采遺留空巷治理技術(shù)研究

張炎朝

（霍州煤電集團霍寶干河煤礦，山西 霍州 031400）

我國從2004年開始進行煤炭資源整合，在此之前，巷式開采在小煤礦普遍存在。巷式開采的突出問題是通過巷道掘進方式采煤，采優(yōu)棄劣、采易棄難，資源采出率低下，并留下大量廢棄空巷，空巷頂板支護條件差多數(shù)出現(xiàn)冒落，空巷內(nèi)部狀態(tài)復(fù)雜多樣，為整合之后正規(guī)采煤工作面的布置帶來極大的頂板、瓦斯、透水隱患，尤其是在山西省已經(jīng)成為普遍問題[1～2]。本文以山西省海天煤業(yè)3616工作面過巷式開采遺留空巷為例，介紹治理技術(shù)。

1 工程背景

山西省海天煤業(yè)3616工作面回采3#煤層，煤層平均厚度4.8m，走向和傾向上近水平，采用分層開采方式，先采上分層，上分層采高2.4m。在3616工作面順槽掘進過程中，遇到7處頂板冒落區(qū)。經(jīng)對老工人走訪和鉆孔探測，確定該區(qū)域為巷式開采遺留空巷，并確定其大致布置方式，主體為3條平行空巷，其余為聯(lián)絡(luò)巷，如圖1所示。走向上影響范圍約110m，傾向上影響最大深度50m。由于該區(qū)域遺留空巷、聯(lián)絡(luò)巷、遺留煤柱散亂分布，工程條件較為復(fù)雜，空巷內(nèi)大部分冒落，冒落巖體松散堆積，存在嚴重的瓦斯積聚和頂板冒落風險，給工作面回采帶來極大的安全隱患。

圖1 巷式開采遺留殘采區(qū)與工作面位置關(guān)系

2 空巷冒落狀態(tài)及工程特性分析

2.1 空巷冒落狀態(tài)

原巷式開采寬度6m，高度4.5m，沿煤層底板掘進，留有0.3m頂煤，空巷廢棄后，頂煤隨直接頂冒落，碎煤和破碎巖塊將空巷填充，但留下大量空洞、大裂隙，空巷之間煤柱經(jīng)過長期壓力作用，較為破碎，小裂隙十分發(fā)育，剖面示意圖如圖2所示。

圖2 遺留空巷及煤柱破碎現(xiàn)狀剖面示意圖

可以看出，工作面上分層回采至該區(qū)域時，存在嚴重的片幫、冒頂、底部松軟支架下沉、倒架風險，必須進行治理。

2.2 工程特性分析

擬采用注漿方式對空巷冒落區(qū)進行充填，工程特殊之處在于：

1）成孔困難。冒落空巷內(nèi)形態(tài)復(fù)雜，漿液流動性不確定，必須通過施工深孔至指定位置，在孔內(nèi)插管進行注漿，在順槽內(nèi)向煤體施工深孔，注漿鉆孔需要穿越多個冒落空巷破碎帶，存在嚴重的卡鉆問題，成孔困難；

2）注漿材料消耗量大。空巷內(nèi)空洞、裂隙十分發(fā)育，注漿材料消耗量極大，必須控制注漿成本，但漿液必須能夠起到較好的粘結(jié)作用，將破碎巖塊膠結(jié)在一起，形成完整的再生煤幫和頂板；

3）冒落空巷、破碎煤柱內(nèi)裂隙發(fā)育程度不同。冒落空巷內(nèi)矸石堆積松散，空洞、裂隙十分發(fā)育，通過灌注充填方式即可達到較好的擴散效果，對注漿壓力要求很小，而破碎煤柱內(nèi)屬于微小裂隙，必須通過較高的注漿壓力才能保證漿液的充分擴散，因此，二者必須單獨治理。

3 治理方案

3.1 空巷冒落區(qū)治理

采用順槽內(nèi)超前深孔注漿的方式。采用鉆場布置方式，鉆場布置方式具有集中化，不必頻繁移動鉆機、注漿泵等笨重設(shè)施的優(yōu)點，一個鉆場布置3～4個鉆孔，鉆孔角度與巷道夾角15°～55°，孔深12m～66m，對該區(qū)域形成全覆蓋。鉆場布置示意如圖3所示。

圖3 順槽內(nèi)深孔鉆孔布置示意圖

注漿材料：注漿材料采用河南理工大學研發(fā)的高水充填材料，使用水灰比5∶1，可以大幅減少材料用量，漿液約30min完全失去流動性，可以滿足破碎區(qū)域充分擴散，60min終凝，7天強度約1.2MPa；

破碎區(qū)域成孔工藝：打鉆過程中，遇到孔內(nèi)破碎、塌孔、卡鉆問題，處理方式采用分次循環(huán)鉆進方式，即在孔口安裝1節(jié)2m長套管，外部安裝法蘭盤，當出現(xiàn)卡鉆時，退鉆，利用套管對孔內(nèi)進行注漿，采用高水充填材料，水灰比1.5∶1，8min左右失去流動性，30min具備2MPa強度，1h后撤下法蘭盤，進行二次套孔鉆進，通過套孔、注漿循環(huán)鉆進，使鉆孔達到指定深度，再進行插管注漿。

3.2 破碎煤柱治理

破碎煤柱治理在工作面回采到此區(qū)域附近時進行，當回采至破碎煤柱附近時，在工作面采用8m淺孔對前方煤壁、頂板進行加固，鉆孔間排距均為2m，此后，工作面每推進5m，進行1次注漿。

注漿材料：注漿材料采用河南理工大學研發(fā)的雙液注漿材料，使用水灰比0.8∶1，材料約2min完全失去流動性，2h強度12MPa，可以實現(xiàn)注漿后工作面快速回采；

注漿壓力：根據(jù)現(xiàn)場漿液擴散情況，注漿壓力不低于6MPa。

3.3 治理效果考察

注漿量：空巷治理深孔平均單孔注漿8噸，破碎煤柱淺孔單孔注漿量約0.25噸，總計注漿量192噸。

片幫、冒頂情況：工作面揭露空巷時，發(fā)現(xiàn)空巷內(nèi)冒落矸石膠結(jié)良好，煤幫平直，頂板良好，重點對破碎煤柱進行單獨加固，回采過程中僅發(fā)生輕微片幫，未發(fā)生冒頂，工作面順利通過該巷式開采遺留空巷，如圖4所示。

圖4 工作面回采實景

4 結(jié) 論

1）巷式開采遺留空巷給工作面回采帶來嚴重的片幫、冒頂、倒架風險，必須進行治理；

2）分析對比了冒落空巷和破碎煤柱工程特性，并分別制定針對性注漿加固方案，采用高水灰比注漿材料節(jié)約了材料使用量，采用分次循環(huán)鉆進解決了破碎區(qū)域鉆孔施工卡鉆問題；

3）效果考察表明，通過該治理方式，遺留空巷得到有效填充加固，工作面片幫、冒頂?shù)玫斤@著控制，實現(xiàn)了工作面順利回采。