墩柱充填在過(guò)空巷中的研究與應(yīng)用

李樹(shù)偉

（山西興縣華潤(rùn)聯(lián)盛車(chē)家莊煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033600）

車(chē)家莊煤礦老巷空巷錯(cuò)綜復(fù)雜，采煤面的安全管理難度與日俱增。13302采煤面回采時(shí)，需要過(guò)空巷，巷道圍巖的壓力大，對(duì)巷道支護(hù)極為不利[1-2]，稍微管理不慎，就對(duì)采煤面的安全回采造成難以控制的局面。運(yùn)用高水材料對(duì)空巷進(jìn)行充填的案例較多，也比較成功[3-4]，就是成本相對(duì)較高。

1 工程概況

車(chē)家莊煤礦13302采面在-750 m水平的西一采區(qū)，采煤面為-539～ -613 m，走向長(zhǎng)275 m，傾向長(zhǎng)158 m，采高均值2.3 m，傾角16.2°。北、西兩面均為老空區(qū)，南為13301材料道老硐。13303采煤面是13302采煤面的接續(xù)工作面，兩個(gè)工作面有一定的重疊區(qū)域，13303采煤面回采時(shí)需要經(jīng)過(guò)13302采煤面的材料聯(lián)絡(luò)巷（二）和13302采煤面材料道，如圖1所示。此時(shí)就存在上面所提的各種難題，需要很好地控制住空巷的頂板，尤其是13302材料道的頂板，以防漏頂空頂?shù)炔焕F(xiàn)象發(fā)生。13302采煤面的材料聯(lián)絡(luò)巷（二）和13302采煤面材料道是為13302采煤面回采服務(wù)的，巷道在13303采煤面推采前仍在正常使用，13303采煤面的超前應(yīng)力影響前，需要對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。若采用錨網(wǎng)索進(jìn)行常規(guī)的加強(qiáng)支護(hù)，材料成本和人工成本均較高，效果還不一定。若采用液壓?jiǎn)误w進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，頂板在一定程度反而存在點(diǎn)柱式支護(hù)的破壞，尤其當(dāng)單體沒(méi)有行程后必定對(duì)頂?shù)装暹M(jìn)行插入式破壞，單體的回收也是一個(gè)難題。

圖1 13302采煤面過(guò)空巷示意圖

2 充填方案

2.1 材料簡(jiǎn)介

高水材料分X料、Y料，將X料、Y料分別加水制漿泵送至充填點(diǎn)混合，X、Y料漿均獨(dú)自攪拌、泵送穩(wěn)定性良好，混勻后可以極速凝固。高水材料實(shí)驗(yàn)室的抗壓強(qiáng)度與應(yīng)變強(qiáng)度關(guān)系如圖2所示。由圖2可以看出，膠結(jié)體在低水灰比下具有很強(qiáng)的抗壓能力，可以很好地支護(hù)頂板。支護(hù)頂板基本頂?shù)耐瑫r(shí)，當(dāng)頂板壓力過(guò)大時(shí)，膠結(jié)體可以發(fā)生較明顯的塑性變形。當(dāng)變形達(dá)到10%時(shí)，膠結(jié)體仍然具有較高的抗壓強(qiáng)度；當(dāng)膠結(jié)體塑性變形接近20%時(shí)，強(qiáng)度可以到達(dá)6 MPa以上，這個(gè)強(qiáng)度的充填體，采煤機(jī)可以輕松地割過(guò)去。

圖2 高水材料性能關(guān)系圖

2.2 墩柱充填

墩柱充填定性分析可以解決采煤面過(guò)空巷的問(wèn)題，為了確保安全快速地進(jìn)行推采，需要定量設(shè)定墩柱充填的大小、布置方式。13303采煤工作面推采過(guò)程中需要斜交13302采煤面的材料道，在一定程度上，類(lèi)比13302采煤面兩道的超前支護(hù)強(qiáng)度即可滿(mǎn)足13303采煤面的超前應(yīng)力影響，若采用原來(lái)相似條件下的過(guò)空巷經(jīng)驗(yàn)，使用液壓?jiǎn)误w配合鉸接頂梁對(duì)老巷進(jìn)行支護(hù)時(shí)，即采用相當(dāng)強(qiáng)度進(jìn)行支護(hù)即可。13302工作面兩道的超前支護(hù)如圖3所示。原錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)的強(qiáng)度兩種是一致的，唯一的區(qū)別是加了直徑100 mm的液壓?jiǎn)误w加一字鉸接頂梁進(jìn)行了加強(qiáng)支護(hù)，從支護(hù)剖面圖上可以看出，加打了3排液壓?jiǎn)误w，排距為1200 mm。

圖3 13302工作面超前支護(hù)剖面圖（mm）

13302材料道的寬度為4.2 m，液壓?jiǎn)误w的安全閥卸壓強(qiáng)度為40 MPa，此時(shí)的工作強(qiáng)度為3.14×0.05 m×0.05 m×3×30 MPa/（4.2×1.2），即此時(shí)的支護(hù)強(qiáng)度為0.19 MPa/m2。

墩柱支護(hù)沒(méi)有整個(gè)空巷完全充填的效果好，但是出于經(jīng)濟(jì)與安全的雙重考慮，墩柱充填用料少，人工少，經(jīng)濟(jì)效益良好。采用直徑為1.0 m的墩柱，墩柱與墩柱中心點(diǎn)間隔3.0 m的梅花布置，如圖4所示。按照應(yīng)變達(dá)到20%時(shí)的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，此時(shí)的充填膠結(jié)體強(qiáng)度為4.0 MPa，此時(shí)的支護(hù)強(qiáng)度為3.14×0.5×0.5×2×4/（4.2×3.0），即此時(shí)的支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到0.50 MPa/m2。這樣的支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到了原先使用液壓?jiǎn)误w支護(hù)的2.63倍。因?yàn)槭浅醮问褂枚罩ёo(hù)，安全系數(shù)保守一些設(shè)計(jì)。由此可以得出，在不考慮其他影響因素時(shí)，老巷區(qū)域的墩柱支護(hù)強(qiáng)度大于液壓?jiǎn)误w加鉸接頂梁的支護(hù)強(qiáng)度，即墩柱支護(hù)強(qiáng)度能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。

圖4 墩柱布置示意圖（mm）

2.3 工業(yè)應(yīng)用

13302材料道采用墩柱進(jìn)行充填，充填水灰比選用1.5:1，墩柱直徑1000 mm，墩柱與墩柱中心點(diǎn)間隔3.0 m的梅花布置，即1400 mm×3000 mm的梅花布置。墩柱充填前，需要提前立模，施工前，清理充填區(qū)浮煤、煤矸石，預(yù)留立?？臻g，然后根據(jù)墩柱尺寸嚴(yán)格設(shè)置鋼筋網(wǎng)模板，確保連接緊密可靠，充填袋整齊懸掛，用鐵絲固定可靠，再用液壓柱背好木板，之后即可進(jìn)行制漿泵送充填。充填時(shí)及時(shí)觀察充填袋的情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。24 h后，充填膠結(jié)體強(qiáng)度上來(lái)后，即可拆除液壓?jiǎn)误w支柱及背板，支柱及背板可以循環(huán)使用。逐步對(duì)整條老空巷進(jìn)行充填。

2.4 效果對(duì)比

13302采煤面類(lèi)似條件下過(guò)13301材料道聯(lián)絡(luò)巷時(shí)，角度基本一致，采用的是液壓?jiǎn)误w加一字鉸接頂梁支護(hù)空巷，過(guò)空巷期間，每天平均采煤3刀50架。采用墩柱充填后，過(guò)空巷的回采進(jìn)度達(dá)到了每天6刀75架，生產(chǎn)效率得到了大幅提高，人員的勞動(dòng)強(qiáng)度也得到了大幅降低。原先單體的損壞率極高，這一單項(xiàng)的費(fèi)用已經(jīng)超過(guò)了高水充填的費(fèi)用。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)車(chē)家莊煤礦墩柱充填過(guò)空巷中的研究與應(yīng)用，得到了以下結(jié)論：

（1）墩柱充填膠結(jié)體在過(guò)空巷過(guò)程中，既可很好地支護(hù)頂板，亦可較好的對(duì)頂板進(jìn)行讓壓。該充填膠結(jié)體的大變形塑性力學(xué)性能可以很好地運(yùn)用在采煤面過(guò)空巷工程中。

（2）墩柱充填可以實(shí)現(xiàn)采煤面過(guò)空巷的安全回采和快速回采，經(jīng)濟(jì)效益與安全效益良好，對(duì)相似工程條件的采煤面推采具有一定的借鑒。