工作面過冒落空巷綜合治理技術(shù)研究

張勇峰

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

煤礦資源整合前，小煤窯多采用巷式開采，形成大量空巷，且多數(shù)已經(jīng)破壞冒落，形態(tài)復(fù)雜，導(dǎo)致布置正規(guī)工作面時，需要過空巷開采?？障镂：O大，容易產(chǎn)生瓦斯積聚、片幫、冒頂、支架下沉等諸多問題。國內(nèi)進(jìn)行過多種類型的空巷治理技術(shù)研究，手段豐富，包括地面制漿站充填、井下移動充填、充填支柱、冒落區(qū)鉆孔注漿等[1-3]?？障镏卫黻P(guān)鍵在于根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際選擇切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的治理方式。本文以趙莊煤業(yè)大采高工作面過多條冒落空巷為工程背景，進(jìn)行安全回采技術(shù)研究。

1 工程背景

晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)3308 工作面開采3#煤層，采用一次采全高綜合機(jī)械化采煤法，開采高度4.5 m，全部垮落方式管理頂板。工作面傾向長度200 m，走向長度1100 m。布置進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷兩條順槽，巷道斷面均為矩形，寬×高=5 m×4.5 m。

工作面兩條順槽于2019 年6 月竣工后，開始掘進(jìn)切眼，切眼設(shè)計寬度10 m。第一次掘進(jìn)寬度5 m，已經(jīng)貫通，正在進(jìn)行擴(kuò)寬切眼工作，擴(kuò)寬掘進(jìn)寬度5 m。

工作面回風(fēng)巷一側(cè)存在3 條空巷，均為原巷式開采遺留巷道，寬度5 m，與切眼方向垂直，間距40 m，最右側(cè)空巷3 與回風(fēng)巷相鄰。從切眼第一次掘進(jìn)揭露來看，空巷已經(jīng)完全冒落，內(nèi)部為煤、巖散亂堆積形態(tài)，且回風(fēng)巷受最右側(cè)空巷影響，巷幫十分破碎，尚未回采，巷道變形已十分嚴(yán)重。

工作面與空巷位置關(guān)系如圖1 所示，空巷冒落形態(tài)如圖2 所示。

2 空巷危害及治理思路

2.1 空巷危害

通過切眼第一次掘進(jìn)過3 條空巷片幫、冒頂，以及回風(fēng)巷圍巖破碎變形嚴(yán)重來看，空巷完全冒落，危害較大。正在進(jìn)行擴(kuò)切眼工作，將繼續(xù)穿過三條空巷。切眼掘進(jìn)完畢，工作面開始回采后，三條空巷將繼續(xù)產(chǎn)生影響。

為了避免擴(kuò)切眼和回采過程中頂板事故發(fā)生，非常有必要對3 條空巷進(jìn)行加固處理。

圖1 工作面與空巷位置關(guān)系圖

圖2 空巷冒落形態(tài)示意圖

2.2 治理思路

治理步驟分為兩步：第一步為擴(kuò)切眼前方加固，保障安全掘進(jìn)；第二步為空巷治理，保障安全回采和巷道維護(hù)。

其中第二步空巷治理時，應(yīng)對三條空巷區(qū)別治理?？障? 和空巷2 兩側(cè)有約束，回采暴露面積小，對回采影響相對較小，加固思路是以充填為主。通過低成本的充填材料將空洞和裂隙填滿，使破碎矸石和漿液固結(jié)，形成整體結(jié)構(gòu)，借助液壓支架對頂板的支撐作用，維護(hù)幫部和頂板?？障?位于端頭區(qū)，受超前支承壓力持續(xù)影響，對回采和巷道維護(hù)影響較大。治理思路以加固為主，必須提高整體強(qiáng)度，限制圍巖變形。

第二步空巷治理，計劃在回風(fēng)巷內(nèi)進(jìn)行。由于冒落區(qū)難以打鉆成孔，采用順序治理方式，先治理空巷3，空巷3 內(nèi)部形成密實(shí)結(jié)構(gòu)后，再施工鉆孔治理空巷2，最后治理空巷1。

3 冒落空巷綜合治理技術(shù)

3.1 擴(kuò)切眼安全掘進(jìn)預(yù)注漿

擴(kuò)切眼由于采用單體柱和工字鋼支護(hù)方式，支護(hù)強(qiáng)度不高，預(yù)注漿應(yīng)當(dāng)與空巷3 治理思路一致，以加固提高強(qiáng)度為主，防止出現(xiàn)頂板事故。

在切眼一次掘進(jìn)形成的空間內(nèi)施工鉆孔，每條空巷施工上、下2 個鉆孔。上部鉆孔距離頂板0.5 m，仰角15°，下部鉆孔距離頂板2.2 m，仰角0°。鉆孔深度為6 m，超過擴(kuò)切眼寬度1 m，孔徑均為42 mm。擴(kuò)切眼預(yù)注漿鉆孔布置如圖3 所示。采用高強(qiáng)注漿材料，水灰比0.8:1。

圖3 擴(kuò)切眼預(yù)注漿鉆孔布置示意圖

3.2 空巷3 淺孔注漿加固

空巷3 注漿加固在回風(fēng)巷內(nèi)進(jìn)行。巷道高度為4.5 m，設(shè)計鉆孔排距3 m，每排布置2 個鉆孔，矩形布置。上部鉆孔距離頂板0.5 m，仰角15°，下部鉆孔距離頂板2.2 m，水平布置。鉆孔深度7 m，超過空巷3 巷幫1 m，孔徑均為42 mm。鉆孔布置平面圖如圖4 所示。采用高強(qiáng)注漿材料，水灰比0.8:1。

3.3 空巷 1、2 充填固結(jié)

空巷1、2 充填在回風(fēng)巷內(nèi)實(shí)施，采用深孔打鉆注漿方式，先加固空巷2，再加固空巷1。

空巷2 鉆孔布置方式：布置單排鉆孔，孔間距5 m，開孔高度距離頂板1.5 m，仰角2°，孔深55 m，超過空巷2 巷幫5 m，孔徑75 mm。

空巷1 鉆孔布置方式：布置單排鉆孔，孔間距5 m，開孔高度距離頂板1.5 m，與空巷2 深孔鉆孔交叉布置，仰角1°，孔深95 m，超過空巷1 巷幫5 m，孔徑75 mm?？障?、2 深孔鉆孔布置如圖5所示。采用高水充填材料，水灰比3:1。

圖4 空巷3 淺孔注漿鉆孔布置平面圖

圖5 空巷1、2 深孔鉆孔布置示意圖

3.4 注漿、充填材料

采用了兩種材料，高強(qiáng)注漿材料和高水充填材料。

高強(qiáng)注漿材料為無機(jī)材料，分為A/B 型，水灰比0.8:1?；旌蠞{液可在0.5～3 min 內(nèi)凝結(jié)，10 min左右完全硬化，能夠有效防止巷幫漏漿。2 h 即具備10 MPa 以上的強(qiáng)度，3 d 強(qiáng)度達(dá)到18 MPa，能夠?qū)ζ扑槊喉菲鸬娇焖偌庸?、提高?qiáng)度的作用。單價約 2500 元 /t。

高水充填材料也為無機(jī)材料，分為A/B 型，水灰比在2:1～5:1 之間可調(diào)，本次采用3:1 水灰比。混合漿25～30 min 凝結(jié)，能夠在裂隙中充分流動擴(kuò)散，且與普通水泥相比，完全不泌水。約1 h 完全固結(jié)，1 d 強(qiáng)度 3.2 MPa，7 d 強(qiáng)度 4～5 MPa。由于使用了大量的水，單立方材料消耗僅0.4 t，單價約1500元/t。

4 效果考察

（1）擴(kuò)切眼掘進(jìn)效果。每條空巷各布置2 個注漿鉆孔，單孔注漿量約5 t，共計消耗高強(qiáng)注漿材料30 t。擴(kuò)切眼揭露發(fā)現(xiàn)，截割時煤壁平直，頂板完好，未發(fā)生片幫、冒頂現(xiàn)象。

（2）工作面回采過空巷。采取超前100 m 預(yù)注方式，給漿液足夠的凝固時間。工作面回采揭露空巷，發(fā)現(xiàn)漿液與破碎煤矸固結(jié)一體，形成完整煤壁和頂板，采煤機(jī)截割并未出現(xiàn)片幫、冒頂現(xiàn)象?，F(xiàn)場實(shí)景如圖6 所示。

圖6 工作面揭露注漿冒落空巷實(shí)景

（3）端頭區(qū)巷道維護(hù)。注漿加固后，端頭區(qū)巷幫變形明顯得到控制，變形速度自6 mm/d 下降到1 mm/d 以下，基本穩(wěn)定?；夭沙坝绊懛秶鷥?nèi)巷幫累計鼓出量不足60 mm，完全滿足巷道安全使用和回采安全。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)三條空巷對掘進(jìn)、回采影響程度和治理思路，制定了擴(kuò)切眼掘進(jìn)預(yù)注漿、空巷3淺孔注漿、空巷1 和空巷2 充填固結(jié)的三步綜合治理方案。

（2）采用高強(qiáng)注漿材料和高水充填材料兩種材料，高強(qiáng)注漿材料速凝早強(qiáng)，滿足了破碎煤巖加固、提高強(qiáng)度的需求。高水充填材料擴(kuò)散性好，材料消耗少，滿足了破碎煤巖膠結(jié)、節(jié)約成本的需求。

（3）效果考察表明，注漿加固后的破碎煤巖體固結(jié)良好，掘進(jìn)、回采過程中未出現(xiàn)片幫、冒頂現(xiàn)象，端頭區(qū)巷幫變形量極小，完全可以滿足使用要求。