李樹偉

（山西興縣華潤聯(lián)盛車家莊煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033600）

車家莊煤礦老巷空巷錯綜復雜，采煤面的安全管理難度與日俱增。13302采煤面回采時，需要過空巷，巷道圍巖的壓力大，對巷道支護極為不利[1-2]，稍微管理不慎，就對采煤面的安全回采造成難以控制的局面。運用高水材料對空巷進行充填的案例較多，也比較成功[3-4]，就是成本相對較高。

1 工程概況

車家莊煤礦13302采面在-750 m水平的西一采區(qū)，采煤面為-539～ -613 m，走向長275 m，傾向長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，兩個工作面有一定的重疊區(qū)域，13303采煤面回采時需要經過13302采煤面的材料聯(lián)絡巷（二）和13302采煤面材料道，如圖1所示。此時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)絡巷（二）和13302采煤面材料道是為13302采煤面回采服務的，巷道在13303采煤面推采前仍在正常使用，13303采煤面的超前應力影響前，需要對其進行加強支護。若采用錨網索進行常規(guī)的加強支護，材料成本和人工成本均較高，效果還不一定。若采用液壓單體進行加強支護，頂板在一定程度反而存在點柱式支護的破壞，尤其當單體沒有行程后必定對頂?shù)装暹M行插入式破壞，單體的回收也是一個難題。

圖1 13302采煤面過空巷示意圖

2 充填方案

2.1 材料簡介

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混合，X、Y料漿均獨自攪拌、泵送穩(wěn)定性良好，混勻后可以極速凝固。高水材料實驗室的抗壓強度與應變強度關系如圖2所示。由圖2可以看出，膠結體在低水灰比下具有很強的抗壓能力，可以很好地支護頂板。支護頂板基本頂?shù)耐瑫r，當頂板壓力過大時，膠結體可以發(fā)生較明顯的塑性變形。當變形達到10%時，膠結體仍然具有較高的抗壓強度；當膠結體塑性變形接近20%時，強度可以到達6 MPa以上，這個強度的充填體，采煤機可以輕松地割過去。

圖2 高水材料性能關系圖

2.2 墩柱充填

墩柱充填定性分析可以解決采煤面過空巷的問題，為了確保安全快速地進行推采，需要定量設定墩柱充填的大小、布置方式。13303采煤工作面推采過程中需要斜交13302采煤面的材料道，在一定程度上，類比13302采煤面兩道的超前支護強度即可滿足13303采煤面的超前應力影響，若采用原來相似條件下的過空巷經驗，使用液壓單體配合鉸接頂梁對老巷進行支護時，即采用相當強度進行支護即可。13302工作面兩道的超前支護如圖3所示。原錨網索聯(lián)合支護的強度兩種是一致的，唯一的區(qū)別是加了直徑100 mm的液壓單體加一字鉸接頂梁進行了加強支護，從支護剖面圖上可以看出，加打了3排液壓單體，排距為1200 mm。

圖3 13302工作面超前支護剖面圖（mm）

13302材料道的寬度為4.2 m，液壓單體的安全閥卸壓強度為40 MPa，此時的工作強度為3.14×0.05 m×0.05 m×3×30 MPa/（4.2×1.2），即此時的支護強度為0.19 MPa/m2。

墩柱支護沒有整個空巷完全充填的效果好，但是出于經濟與安全的雙重考慮，墩柱充填用料少，人工少，經濟效益良好。采用直徑為1.0 m的墩柱，墩柱與墩柱中心點間隔3.0 m的梅花布置，如圖4所示。按照應變達到20%時的強度進行驗算，此時的充填膠結體強度為4.0 MPa，此時的支護強度為3.14×0.5×0.5×2×4/（4.2×3.0），即此時的支護強度達到0.50 MPa/m2。這樣的支護強度達到了原先使用液壓單體支護的2.63倍。因為是初次使用墩柱支護，安全系數(shù)保守一些設計。由此可以得出，在不考慮其他影響因素時，老巷區(qū)域的墩柱支護強度大于液壓單體加鉸接頂梁的支護強度，即墩柱支護強度能夠滿足生產需求。

圖4 墩柱布置示意圖（mm）

2.3 工業(yè)應用

13302材料道采用墩柱進行充填，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，預留立?？臻g，然后根據墩柱尺寸嚴格設置鋼筋網模板，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，之后即可進行制漿泵送充填。充填時及時觀察充填袋的情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。24 h后，充填膠結體強度上來后，即可拆除液壓單體支柱及背板，支柱及背板可以循環(huán)使用。逐步對整條老空巷進行充填。

2.4 效果對比

13302采煤面類似條件下過13301材料道聯(lián)絡巷時，角度基本一致，采用的是液壓單體加一字鉸接頂梁支護空巷，過空巷期間，每天平均采煤3刀50架。采用墩柱充填后，過空巷的回采進度達到了每天6刀75架，生產效率得到了大幅提高，人員的勞動強度也得到了大幅降低。原先單體的損壞率極高，這一單項的費用已經超過了高水充填的費用。

3 結論

通過對車家莊煤礦墩柱充填過空巷中的研究與應用，得到了以下結論：

（1）墩柱充填膠結體在過空巷過程中，既可很好地支護頂板，亦可較好的對頂板進行讓壓。該充填膠結體的大變形塑性力學性能可以很好地運用在采煤面過空巷工程中。

（2）墩柱充填可以實現(xiàn)采煤面過空巷的安全回采和快速回采，經濟效益與安全效益良好，對相似工程條件的采煤面推采具有一定的借鑒。