張鵬鵬

(山西陽城陽泰集團(tuán) 晶鑫煤業(yè)股份有限公司，山西 晉城 048100)

1 工程概況

山西陽城陽泰集團(tuán)晶鑫煤業(yè)公司目前開采3號煤層，煤層平均厚度為4.8 m，傾角3～8 °，頂?shù)装鍘r性特征如表1所示。3123工作面對應(yīng)地面標(biāo)高+730～+750 m，井下標(biāo)高+575～+605 m，工作面走向長度768 m，傾斜長度75 m，采用綜合機(jī)械化放頂煤開采，采高2.0 m，放煤高度2.8 m。3123運(yùn)輸巷掘進(jìn)過程中揭露多條原有舊采巷道，大多數(shù)舊巷與3123工作面推進(jìn)方向垂直，根據(jù)類似工作面過空巷的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通過爆破放頂即可安全通過，此類空巷對于工作面的正?；夭珊突夭上锏纼?nèi)礦壓的影響很小。而工作面內(nèi)還存在一條與3123運(yùn)輸巷平行的空巷，該空巷自工作面切眼向東70 m范圍內(nèi)與運(yùn)輸巷間煤柱的寬度不大于2.0 m，工作面回采期間，3123運(yùn)輸巷回采幫由于無法承受超前支承壓力，圍巖出現(xiàn)了明顯的變形現(xiàn)象，需采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行治理。3123工作面布置示意如圖1所示。

表1 3號煤層頂?shù)装迩闆r

2 空巷變形現(xiàn)狀及治理技術(shù)分析

3123運(yùn)輸巷旁的空巷斷面尺寸為4.5 m×5 m，原有支護(hù)方式主要為木垛支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度很低，此類空巷已經(jīng)存在很多年，且多年閑置失修，在3123運(yùn)輸巷掘巷前，空巷頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r已經(jīng)發(fā)生不同程度的失穩(wěn)破壞，兩幫出現(xiàn)明顯的片幫，頂板彎曲下沉將木垛壓垮，局部出現(xiàn)嚴(yán)重的冒頂[1-2]。3123運(yùn)輸巷的掘進(jìn)使空巷圍巖內(nèi)應(yīng)力重新分布，在靠近3123工作面切眼附近，運(yùn)輸巷和空巷貫通，使巷道頂板懸頂面積增大，工作面的安全開采和運(yùn)輸巷的安全穩(wěn)定都面臨嚴(yán)重的威脅。

圖1 3123工作面布置

3123運(yùn)輸巷掘進(jìn)至距離切眼30 m時(shí)，與空巷平行并且貫通，3123運(yùn)輸巷采用梯形棚支護(hù)，該區(qū)段的空巷采用井形木垛進(jìn)行支護(hù)，其斷面如圖2(a)所示，該區(qū)段的3123運(yùn)輸巷內(nèi)需要安裝移動(dòng)變電站、膠帶輸送機(jī)、配電箱等設(shè)備，其圍巖的穩(wěn)定性對于工作面的安全正常回采至關(guān)重要。距離3123切眼70 m范圍內(nèi)空巷和3123運(yùn)輸巷間煤柱的寬度不大于2.0 m，巷道頂板懸頂面積大，煤柱基本喪失對頂板的支撐能力。與傳統(tǒng)的錨網(wǎng)索或架棚支護(hù)相比，采用注漿充填技術(shù)，可顯著改善空巷及鄰近3123運(yùn)輸巷圍巖的受力狀態(tài)，提高空巷圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。且對空巷充填后，采煤機(jī)可正常截割充填體，實(shí)現(xiàn)工作面的安全高效開采。為此，提出對距離切眼70 m范圍內(nèi)的空巷進(jìn)行注漿充填，需充填的巷段如圖2(b)所示。

3 空巷充填技術(shù)方案與工藝

充填時(shí)應(yīng)遵循以下原則：①應(yīng)將整個(gè)空巷空間范圍充滿，確保充填體接頂密實(shí)；②充填材料應(yīng)有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和支承能力，有效抑制圍巖的進(jìn)一步位移，且能夠正常的被滾筒截割；③漿液具有適宜的流動(dòng)性和凝固時(shí)間，漿液制備和充填過程中不能出現(xiàn)凝固、堵管等事故。為此，設(shè)計(jì)空巷注漿充填分為以下幾步工序進(jìn)行。

圖2 3123運(yùn)輸巷旁空巷位置局部示意

1) 木垛回收。距離切眼30 m范圍內(nèi)的空巷內(nèi)存在很多井字形木垛，且這些木垛影響工作面的正常回采，為確保充填工藝的正常進(jìn)行，需先將這些木垛清理。由于空巷常年失修，貿(mào)然將所有木垛撤出將面臨較大的冒頂危險(xiǎn)，因此設(shè)計(jì)由端頭處開使，采用“后退式”進(jìn)行木垛的回撤，木垛撤出后根據(jù)巷道頂板情況，采取錨桿、錨索、金屬網(wǎng)等維護(hù)措施，每5 m為一個(gè)循環(huán)，分6次將木垛全部撤出。

2) 砌筑止?jié){墻。為使空巷注漿充填密實(shí)，防止跑漿，需要在空巷充填的起止點(diǎn)分別構(gòu)筑一面注漿擋墻，使空巷需要注漿的區(qū)段形成一個(gè)封閉的空間，兩端的注漿擋墻可采用在立柱上加釘木板，然后再用風(fēng)筒布進(jìn)行覆蓋密封，除此之外，由于距離切眼30 m范圍的空巷與鄰近的3123運(yùn)輸巷貫通，為將空巷和運(yùn)輸巷隔離，在3123運(yùn)輸巷鋼架支架間均勻布置3塊木板，背板后加塞紗布防止?jié){液由板縫中溢出，空巷與運(yùn)輸巷間隔離如圖3所示。

圖3 空巷注漿封堵示意

3) 分段注漿充填。為保證空巷注漿充填的效果，設(shè)計(jì)對空巷進(jìn)行分段注漿，需要注漿的空巷長度為70 m，其中靠近切眼30 m空巷與3123運(yùn)輸巷平行，另外40 m與3123運(yùn)輸巷夾角為3°，據(jù)此設(shè)計(jì)將井下制漿站布置在拐點(diǎn)處，靠近切眼的30 m分為第一和第二注漿區(qū)段，左側(cè)的40 m分為第三和第四區(qū)段，空巷注漿分段詳情如圖4(a)所示，漿液通過高壓膠管導(dǎo)入到充填區(qū)段，出漿口置于各區(qū)段的最高點(diǎn)，為防止下部的漿液壓力過大而發(fā)泡受阻，每個(gè)區(qū)段分為3～4次注漿，每次注漿高度不大于2.0 m，從下往上依次間隔一定時(shí)間充填，直至接頂密實(shí)。

圖4 分段注漿示意

各區(qū)段按次序單獨(dú)注漿充填時(shí)，為便于觀察充填效果，首次注漿時(shí)可采用臨時(shí)半密閉，隨著充填高度的增大，再逐漸形成完全的密閉墻。根據(jù)晶鑫煤業(yè)3123工作面空巷的具體地質(zhì)條件，通過實(shí)驗(yàn)室制備和現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，最終設(shè)計(jì)采用新型無機(jī)膠凝充填材料，各配料的質(zhì)量比為水∶A料∶B料∶發(fā)泡劑=1∶1.5∶0.12∶0.1，該種材料充填后發(fā)泡約2.4倍，初凝時(shí)間約20 min，凝固后強(qiáng)度約0.85 MPa，具有成本低、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。

4 應(yīng)用效果分析

晶鑫煤業(yè)3123工作面空巷采用注漿進(jìn)行充填后，工作面過空巷期間未發(fā)生冒頂、片幫等事故，為進(jìn)一步考察空巷注漿充填對3123運(yùn)輸巷圍巖穩(wěn)定性的影響，在距離切眼30 m處的3123運(yùn)輸巷內(nèi)布置測點(diǎn)，監(jiān)測圍巖位移情況，監(jiān)測結(jié)果如圖5所示。3123工作面回采期間，3123運(yùn)輸巷頂?shù)装逡平孔畲鬄?38 mm，兩幫移近量最大為91 mm，3123運(yùn)輸巷變形量很小，圍巖穩(wěn)定性較好。說明采用注漿技術(shù)進(jìn)行空巷的充填，很好地控制了運(yùn)輸巷圍巖的變形，實(shí)現(xiàn)了工作面的安全高效回采。

圖5 3123運(yùn)輸巷圍巖位移觀測結(jié)果

5 結(jié) 語

晶鑫煤業(yè)3123綜放工作面內(nèi)存在多條空巷，特別是與運(yùn)輸巷平行的一條空巷，嚴(yán)重威脅著工作面的安全生產(chǎn)，通過采用注漿充填技術(shù)加固空巷圍巖，保持了圍巖的穩(wěn)定，工作面順利通過了空巷，實(shí)現(xiàn)了安全高效開采。