殘煤復(fù)采工作面過空巷群技術(shù)研究及應(yīng)用

解宏亮

（山西焦煤華晉焦煤有限責任公司，山西 呂梁 033000）

殘煤復(fù)采可以有效提高礦井資源回收率，延長礦井服務(wù)年限[1-2]。資源整合礦井，由于小窯開采影響，存在大量空巷，對礦井安全開采影響很大[3-5]。

1 工程概況

錦瑞煤業(yè)目前開采8 號煤層，隨著易采資源的采出，目前未采資源多為老巷空巷和小窯破壞遺留煤炭資源，工作面回采期間將穿越大量空巷和小煤窯破壞區(qū)。8 號煤層平均厚3.21 m，傾角平均5.6°，煤層頂板為石灰?guī)r。8102 工作面推進長度614 m，切眼長度150 m。8102 回風順槽在掘進過程中和8102 工作面回采過程中會經(jīng)過原設(shè)計8104 運輸順槽和回風順槽及整合之前的舊巷道。8102 工作面共計有11 條空巷，有7 條空巷大致與切眼平行，最長約151.5 m，4 條空巷與切眼斜交，其中最長的空巷長度266 m，最短的空巷長度4.7 m。

2 過空巷群方法選擇

為了選擇合適的過空巷群方法，結(jié)合錦瑞煤業(yè)實際生產(chǎn)地質(zhì)情況，采用數(shù)值模擬技術(shù)對木垛支護、錨桿支護和膏體材料充填支護三種支護情況下空巷圍巖穩(wěn)定性進行分析。

2.1 木垛支護

工作面在距空巷100 m 時，巷道圍巖垂直應(yīng)力很小，空巷并未受到工作面影響，空巷周圍塑性區(qū)為掘進時引起的，以拉張破壞為主。空巷距工作面40 m 處時，由于工作面超前支承壓力作用，其垂直應(yīng)力值明顯增大，但此時空巷穩(wěn)定。之后隨著工作面不斷推進，巷道垂直應(yīng)力逐漸增大，特別是在空巷與工作面距離小于30 m 時，巷道周圍應(yīng)力重新分布，空巷上下幫所受應(yīng)力不均勻，導(dǎo)致巷道水平方向出現(xiàn)錯動，巷道內(nèi)變形嚴重。該區(qū)域巷道圍巖塑性區(qū)面積同樣不斷增大，而且顯現(xiàn)出淺部圍巖以拉張破壞為主、深部以剪切破壞為主特征。采用木垛支護過空巷時，由于木垛支護強度小，讓壓范圍大，導(dǎo)致工作面超前支承壓力對空巷圍巖作用大，空巷圍巖出現(xiàn)明顯的塑性破壞，使得巷道空巷圍巖不穩(wěn)定，頂板易出現(xiàn)臺階下沉甚至垮落，難以安全高效過空巷。垂直應(yīng)力分布如圖1。

圖1 木垛支護下距工作面不同距離垂直應(yīng)力分布

2.2 錨桿支護

當工作面在距空巷100 m 時，巷道圍巖垂直應(yīng)力很小，在工作面前方大約40 m 處垂直應(yīng)力較大，可能受到工作面超前應(yīng)力的影響，但此時空巷穩(wěn)定；空巷圍巖未受到工作面推進影響，塑性區(qū)以自身在前期掘進時引起的拉張破壞為主。而隨著工作面不斷推進，推進至40 m 處，巷道圍巖應(yīng)力逐漸增大，尤其是距空巷距離小于30 m 后，巷道周圍應(yīng)力重新分布，空巷上下幫所受應(yīng)力不均勻，巷道下幫部受力明顯大于上部，底鼓嚴重，這與木垛支護的水平錯動不同。同時，錨桿錨索支護下巷道圍巖應(yīng)力分布要稍小于木垛支護，更為穩(wěn)定?？障飮鷰r塑性區(qū)面積同樣隨著工作面不斷推進而增大，而且顯現(xiàn)出淺部圍巖以拉張破壞為主、深部以剪切破壞為主的特征。采用錨桿支護時，圍巖拉張破壞區(qū)域較木垛支護時要小，說明錨桿錨索支護空巷好于木垛支護。但當工作面割過空巷時，液壓支架不能及時移至煤壁，增加了端面控頂距，易發(fā)生片幫、冒頂，不能從根本上解決過空巷的安全技術(shù)問題。垂直應(yīng)力分布如圖2。

圖2 錨桿支護下距工作面不同距離垂直應(yīng)力分布

2.3 充填支護

采用空巷充填的方式進行空巷支護，由于充填體在充滿空巷空間的同時，還能夠滲透到圍巖淺部裂隙內(nèi)，其可與空巷圍巖形成一個整體，隨著工作面距空巷距離的逐漸減小，能夠與圍巖共同承載，充填支護效果明顯，能夠有效降低掘進引起的圍巖應(yīng)力變化。同時由于充填體的支護作用，空巷圍巖在工作面超前支承壓力作用下，未出現(xiàn)新的塑性破壞，其塑性區(qū)的分布范圍遠遠小于前兩種支護方式下的空巷圍巖，主要以拉張破壞為主。垂直應(yīng)力分布如圖3。

圖3 充填支護下距工作面不同距離垂直應(yīng)力分布

3 空巷充填技術(shù)工藝

3.1 充填物料

粉煤灰、添加劑、水的配比：粉煤灰950 kg/m3；添加劑45 kg/m3；水655 kg/m3。充填材料比重1.65。28 d 后充填體強度平均2.57 MPa。

3.2 充填系統(tǒng)

利用地面黃泥注漿站的設(shè)施及設(shè)備加以改造為充填站，在充填站旁布置三個粉料倉，兩個作為粉煤灰倉各100 t，一個作為添加劑倉30 t。攪拌池內(nèi)安裝充填泵，攪拌機安裝在充填泵上方，并在攪拌機內(nèi)按照預(yù)定配比、預(yù)定濃度將粉煤灰、添加劑、水攪拌混合制成充填漿體，經(jīng)過充填泵加壓后通過管道輸送至工作面舊巷。

3.3 充填方式

對8102 工作面內(nèi)空巷按照由里向外的順序進行充填，每條充填巷道根據(jù)坡度情況分段。巷道坡度在0～3°以內(nèi)，充填距離控制在20 m；巷道坡度在3°～5°，充填距離控制在30 m；巷道坡度在5°以上，充填距離控制在40 m。原則上一次性充填局部整個空巷，同時必須保證膏體充實巷道，否則必須減小充填分段距離。采用單體支柱、木板、彩條布、編織袋等，沿充填巷道傾向建立擋漿墻，單體支護間距0.5 m，初撐力不小于90 kN。待第一段充填完畢，約在8～10 h 充填體達到初凝，無流動性，成為凝結(jié)體，并根據(jù)下一段充填距離掐管至第二道擋漿墻位置，并在第二段位置搭建擋漿墻，重復(fù)操作直至將巷道充填完畢。

4 應(yīng)用效果分析

8102 工作面空巷量大，采用充填支護空巷，首先可以避免空巷內(nèi)頂板支護作業(yè)和工作面空頂作業(yè)，作業(yè)更加安全；其次采用充填支護后，其工期相比木垛、錨桿支護縮短近80%，減少了大量的井下輔助運輸量，工作效率明顯提高。

8102 工作面回采過空巷期間，對工作面采煤機割充填體情況、充填體破壞情況、空巷頂板漏頂情況等進行了觀測分析。工作面采煤機可以直接切割充填體，與割煤效果相仿，提高了工作面推進速度；同時充填體完整性較好，未出現(xiàn)大范圍破壞現(xiàn)象，工作面頂板安全穩(wěn)定。

5 結(jié)語

以錦瑞煤業(yè)8102 工作面過空巷群為研究對象，通過數(shù)值模擬分析，確定了充填支護過空巷群的方式，并進行了井下試驗。工業(yè)試驗表明，采用充填支護過空巷，工作面效率高、作業(yè)環(huán)境好，同時工作面頂板穩(wěn)定、安全性高，確保了工作面安全高效過空巷。