沿空留巷工作面充填支護(hù)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

王劍鋒

（晉煤集團(tuán)宏圣建筑工程有限公司， 山西 晉城 048006）

1 工程概況

天安公司朝陽(yáng)煤業(yè)4311 工作面位于四盤(pán)區(qū)，工作面標(biāo)高588～616 m。主要開(kāi)采3 號(hào)煤層，煤層厚度6.3 m，煤層傾角0°～7°，平均3°，硬度2～4，煤層穩(wěn)定，煤層黑色，條帶狀結(jié)構(gòu)，似金屬光澤，煤種有薄層夾矸。頂?shù)装鍘r性結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1 所示。

表1 頂?shù)装鍘r性結(jié)構(gòu)表

工作面采用走向長(zhǎng)壁、后退式綜合機(jī)械化放頂煤，一次采全高頂板全部垮落采煤法。機(jī)采高度3 m，放煤高度3.3 m，工作面布置如圖1。

圖1 4311 綜放工作面巷道布置平面圖

2 存在問(wèn)題

通過(guò)對(duì)工程特點(diǎn)及工程需求的綜合分析發(fā)現(xiàn)，工程實(shí)施的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）巷道斷面大。巷道尺寸5 m×3.2 m，預(yù)計(jì)留巷寬度2.5～3.0 m，高度3.2 m，大斷面巷道受采動(dòng)影響變形量大，對(duì)充填體和巷內(nèi)支護(hù)要求更高[1]；

2）工作面推進(jìn)速度快。工作面日推進(jìn)6 m，4311工作面周期垮落步距約25～30 m，要求充填工藝能夠匹配工作面推進(jìn)速度，充填體在4～5 d 左右要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度；

3）直接頂巖性脆弱。直接頂為泥巖，頂板控制難度大，易發(fā)生碎脹變形，與充填體結(jié)合處容易出現(xiàn)瓦斯泄漏；

4）模板支設(shè)困難。采出高度大，支架后方頂板垮落高度大，需要采取有效措施防止采空區(qū)矸石滾入巷內(nèi)，也需要采取措施設(shè)置強(qiáng)力模板；

5）缺乏施工經(jīng)驗(yàn)。沿空留巷在朝陽(yáng)煤業(yè)尚屬首次，無(wú)論是技術(shù)人員還是施工隊(duì)伍，都缺乏成熟完整的經(jīng)驗(yàn)，需要在實(shí)踐中不斷摸索、總結(jié)、完善該項(xiàng)技術(shù)，增加了施工的難度和成本。

3 充填方案

3.1 充填方式

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定在4311 綜放工作面采用巷內(nèi)充填的方式進(jìn)行沿空留巷布置，充填體布置方式如圖2 所示。

圖2 巷內(nèi)充填方式示意圖

通過(guò)一系列理論分析及數(shù)值模擬計(jì)算，綜合分析確定充填體設(shè)計(jì)寬度為2.0 m，對(duì)應(yīng)的充填體支護(hù)阻力為7.3 MPa，同時(shí)綜合充填支護(hù)材料力學(xué)特性及現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)濟(jì)可行性，確定在現(xiàn)場(chǎng)沿空留巷施工過(guò)程中采用1.5∶1 的水灰質(zhì)量比進(jìn)行充填[2]。

3.2 充填模板支設(shè)

1）采空區(qū)側(cè)模板。擋矸金屬網(wǎng)+鋼絲繩：在巷內(nèi)架和端頭架之間掛菱形金屬網(wǎng)，與頂網(wǎng)接合，利用原錨索托盤(pán)固定網(wǎng)片上部，緊貼金屬網(wǎng)，采用Φ20 mm鋼絲繩上下兩端固定于采空區(qū)內(nèi)，與豎直方向呈15°夾角；在巷內(nèi)架和端頭架之間打設(shè)木點(diǎn)柱，間隔0.5 m，見(jiàn)圖3 所示。

圖3 木點(diǎn)柱支設(shè)

在工作面清除浮煤，緊靠木點(diǎn)柱打橫向木板，釘子釘牢，木板間距0.2 m，再鋪塑料網(wǎng)片。

2）吊掛充填柔模袋。高水材料具備速凝早強(qiáng)特性，采用柔模充填袋則可大大減少支模工程量，對(duì)充填袋的要求為：其材質(zhì)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，有抗靜電、阻燃的性能，以符合煤礦安全規(guī)程的要求，加工接縫要結(jié)實(shí)牢靠，形狀滿足每次充填及吊掛的要求，如圖4 所示。

圖4 充填袋結(jié)構(gòu)圖（未標(biāo)單位：mm）

4 充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)

充填系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送，充填站放在43111 巷工作面前方約200 m 處。工作面長(zhǎng)度210 m，則需鋪設(shè)兩趟420 m 管路，再加上10 m 混合管，共需管路430×2=860 m。整個(gè)充填系統(tǒng)如圖5。

5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

朝陽(yáng)煤業(yè)4311 綜放工作面從2018 年7 月份開(kāi)始進(jìn)行沿空留巷項(xiàng)目施工到2019 年9 月份4311 綜放工作面末采結(jié)束，共施工沿空留巷1 173 m。根據(jù)充填體寬度、強(qiáng)度及補(bǔ)強(qiáng)方式，將現(xiàn)場(chǎng)充填留巷施工分為三個(gè)階段：

圖5 充填管路布置示意圖

1）第一階段為2018 年8 月9 日—2018 年8 月31日，現(xiàn)場(chǎng)留巷過(guò)程中充填體寬度為1.5 m，即27#—69#充填體寬度為1.5 m，支護(hù)方式也較為簡(jiǎn)單，其中30#—55#充填體無(wú)錨桿、鋼筋網(wǎng)、木板，55#—69#充填體加有鋼筋網(wǎng)和木板，但沒(méi)有施加錨桿；

2）第二階段為2018 年9 月2 日—2018 年11月12 日，將充填體寬度調(diào)大至1.8 m，71#～157#充填體寬度為1.8 m，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案逐步成熟，充填體兩幫施加有鋼筋網(wǎng)和木板，充填體寬度方向上布置有對(duì)穿錨桿，錨桿間排距均為1.0 m，并在充填體兩幫布置間距2.5 m 的鋼筋梯梁；

3）第三階段為2018 年11 月14 日之后，將充填體寬度調(diào)整至2.0 m，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式和上一階段相同，充填體兩幫施加有鋼筋網(wǎng)和木板，充填體寬度方向上布置有對(duì)穿錨桿，錨桿間排距均為1.0 m，并在充填體兩幫布置間距2.5 m 的鋼筋梯梁[3]。

現(xiàn)場(chǎng)留巷充填過(guò)程中采用1.5∶1 的水灰質(zhì)量比，截止2019 年9 月6 日，共充填394 個(gè)模袋，共使用充填材料3 078 t，充填巷道長(zhǎng)度1 173 m，平均每米巷道充填2.90 t。充填過(guò)程平均注漿壓力7 MPa，每日兩個(gè)充填袋凈充填時(shí)間3 h 左右，充填體寬度平均2.0 m，高度3.2 m，留巷寬度2.5～3.0 m，高度3.2 m，留巷效果如圖6 所示。

圖6 留巷效果圖

由圖6 可以看出，留巷段煤壁平直，無(wú)明顯片幫現(xiàn)象；正常充填留設(shè)段充填體大部分鼓出變化量都不大，在100～200 mm 之間，且屬于“漸變”，逐漸鼓出，并沒(méi)有發(fā)生整體突然碎裂，完全喪失承載能力的現(xiàn)象，而破碎鼓出多發(fā)生在充填體表面300 mm 范圍，內(nèi)部仍完整。

6 結(jié)論

綜上可知，現(xiàn)場(chǎng)采用寬度2.0 m、支護(hù)阻力7.3 MPa 的充填體并按照1.5:1 的水灰比進(jìn)行充填，共充填394 個(gè)模袋，使用充填材料3 078 t，充填巷道長(zhǎng)度1 173 m，現(xiàn)場(chǎng)留巷段煤壁平直，無(wú)明顯片幫現(xiàn)象；正常充填留設(shè)段充填體鼓出變化量在100～200 mm 之間，巷道頂?shù)装搴蛢蓭托巫兙显O(shè)計(jì)要求，說(shuō)明本次充填支護(hù)能夠有效控制大斷面留巷引起的圍巖變形。