高水材料墩柱支護(hù)在工作面過(guò)空巷的應(yīng)用

常兆韋

(晉能集團(tuán) 晉城公司首陽(yáng)煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048402)

煤礦井下綜采工作面過(guò)空巷時(shí)，釆動(dòng)超前應(yīng)力、巷道巖體弱化、服務(wù)周期較長(zhǎng)等因素，引起空巷頂板下降、巷幫片落，進(jìn)而可能引發(fā)更上方巖層的滑移甚至整體結(jié)構(gòu)的破壞影響煤礦正常生產(chǎn)[1].若采取倒面搬家，不但造成資源的浪費(fèi)，而且影響回采效率，增加了回采成本。因此，探索一種既經(jīng)濟(jì)安全，工作效率又高，且可以保證工作面順利通過(guò)空巷的方法，對(duì)于礦井的安全生產(chǎn)具有重要意義。本文結(jié)合山西首陽(yáng)煤業(yè)15103工作面煤層、頂?shù)装宓鹊刭|(zhì)條件，通過(guò)分析上覆巖體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，采用高水材料墩柱支護(hù)技術(shù)過(guò)空巷。

1 工作面地質(zhì)條件

15103工作面位于首陽(yáng)煤業(yè)一采區(qū)西部，西鄰15101工作面采空區(qū)；南與一采區(qū)輔助運(yùn)輸巷相接；東部為羊頭山風(fēng)景區(qū)保護(hù)煤柱邊界；北至F6正斷層。15103工作面走向長(zhǎng) 945 m，傾向長(zhǎng) 164.5 m，地面標(biāo)高 1 053～1 218 m，工作面標(biāo)高+916～+943 m.煤厚平均為 4.40 m，煤層傾角-2°～-6°.工作面中間有一條空巷(舊巷：斷面4.8 m×3.2 m，已錨網(wǎng)支護(hù))，周邊及上下全部為實(shí)體煤。煤層的頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1，15103工作面平面圖見(jiàn)圖1.

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

圖1 15103工作面平面圖

2 工作面空巷基本頂破斷特征

隨著工作面的推進(jìn)，工作面與空巷之間煤柱的大小決定著上覆巖體對(duì)空巷圍巖應(yīng)力與變形的影響程度，同時(shí)空巷對(duì)上覆巖體的變形與滑移的影響也與采煤面與空巷之間距離的遠(yuǎn)近有關(guān)。隨著工作面的推進(jìn)，煤柱被開(kāi)挖，在煤柱內(nèi)形成支撐壓力，存在一定寬度的支撐應(yīng)力區(qū)和塑性區(qū)，原巖應(yīng)力區(qū)的煤體發(fā)生破壞?；卷?shù)目迓湮恢梦挥诠ぷ髅媾c空巷之間、空巷上方以及空巷后方時(shí)，對(duì)空巷的穩(wěn)定性影響不一。如果上覆巖體本身保持不了穩(wěn)態(tài)，當(dāng)采煤面過(guò)空巷時(shí)，破斷塊體極可能失穩(wěn)，造成空巷及采煤面上覆巖塊劇烈下沉，圍巖變形顯著[2-3].基本頂斷裂后的大致情況見(jiàn)圖2.

圖2 基本頂斷裂示意圖

由圖2可以看出，當(dāng)采煤面回采到空巷附近時(shí)，必然引起采煤面受力陡然加劇，威脅液壓支架等設(shè)備的安全，采煤面將很難安全順利地通過(guò)。

3 墩柱支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

3.1 墩柱材料性能

高水材料分為甲料、乙料、加甲料、加乙料4種組份，制漿時(shí)加甲+甲料混合，加乙+乙料混合，分別通過(guò)攪拌輸運(yùn)，在墩柱充填袋內(nèi)部自流混勻，兩種料漿單獨(dú)攪拌、輸運(yùn)過(guò)程中均不凝固，混合后則凝固速度很快。

利用伺服機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)出該種材料在水灰比1.5∶1環(huán)境下，固結(jié)一個(gè)星期以后的全應(yīng)力應(yīng)變曲線及變形特點(diǎn)，見(jiàn)圖3.

圖3 高水材料全應(yīng)力應(yīng)變曲線圖

由圖3可知，高水材料固結(jié)體展現(xiàn)出塑性材料特征，在外力擠壓下能夠承受很大的塑性形變，強(qiáng)度衰減速度慢，能夠保持很高的剩余強(qiáng)度[4-5].使用該材料能夠較好地控制圍巖上覆巖體，容許頂板下沉一定量，保證采煤面的正常通過(guò)。

3.2 墩柱支護(hù)

1)支護(hù)方案。

工作面距空巷120 m之前，在空巷內(nèi)構(gòu)筑高水材料墩柱，墩柱d1.0 m的高水材料圓柱，與巷道高度等高，墩柱構(gòu)筑由柔性充填袋加剛性鋼筋網(wǎng)組成，可同時(shí)配合臨時(shí)模板使用。墩柱為5.0 m×2.0 m五花布置，見(jiàn)圖4.

圖4 15103工作面空巷墩柱布置示意圖

2)施工準(zhǔn)備工作及實(shí)施工藝。

施工前，開(kāi)啟該空巷，對(duì)局部巷道進(jìn)行修護(hù)，確保行人運(yùn)料通暢，作業(yè)安全。然后按由里往外的順序逐排打設(shè)高水材料墩柱。高水材料墩柱支護(hù)前期布置充填泵站與墩柱充填點(diǎn)。充填泵站至充填點(diǎn)需要敷設(shè)兩趟兩英寸送漿軟管或者鋼管。其基本工藝流程見(jiàn)圖5.根據(jù)巷道定位好充填空間位置，將充填袋往頂板高處吊掛，這樣可以讓墩柱更好的接頂。把充填袋吊掛在有一定剛度的鋼筋網(wǎng)內(nèi)，打牢單體液壓背柱(高水材料凝固后可以摘除重復(fù)使用)。

3)注意事項(xiàng)。

a)在施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制好水灰比。同時(shí)應(yīng)巡查充填袋周邊情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。b)當(dāng)快要接頂時(shí)，盡可能地使充填袋接頂密實(shí)，不留縫隙。接頂后，拔出充填管，并用繩將充填口捆扎結(jié)實(shí)。c)每班結(jié)束，必須及時(shí)清洗管路。

圖5 墩柱充填工藝流程圖

4)墩柱支護(hù)效果。

通過(guò)高水材料墩柱支護(hù)，工作面過(guò)空巷得到解決，工作面未引起頂板的大面積冒落、壓死支架，未出現(xiàn)面壁片落，工作效率較高，且順利安全快速回采。

4 結(jié) 論

對(duì)首陽(yáng)煤業(yè)15103工作面進(jìn)行了高水材料墩柱支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，得出：

1)采用高水材料墩柱支護(hù)技術(shù)對(duì)空巷進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，可以對(duì)頂板進(jìn)行良好的支護(hù)，控制頂板過(guò)快沉降，避免巷道冒頂?shù)仁鹿拾l(fā)生，使工作面安全快速地通過(guò)空巷。

2)因?yàn)楦咚牧暇哂幸欢ǖ乃苄孕阅?，墩柱支護(hù)技術(shù)在控制頂板的同時(shí)也容許頂板有一定量的下沉，避免了剛性支護(hù)對(duì)頂板的破壞。

3)在高水材料的墩柱支護(hù)方式下，采煤機(jī)可以直接截割通過(guò)，為采煤面的快速通過(guò)提供了條件。