馬志愿，李景鋒，方 寧，張鵬飛

（1.石家莊國(guó)盛礦業(yè)科技有限公司，河北 石家莊 050035；2.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 金達(dá)煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 032300）

1 概 況

煤礦總回風(fēng)巷承擔(dān)著全礦井的安全通風(fēng)任務(wù)，一旦發(fā)生冒頂坍塌，堵塞通風(fēng)通道，會(huì)導(dǎo)致回風(fēng)量急劇下降、供風(fēng)量不足，威脅整個(gè)礦井的通風(fēng)安全及正常生產(chǎn)秩序。陷落柱是煤礦井下采掘作業(yè)過(guò)程中，經(jīng)常揭露的一種地質(zhì)構(gòu)造，陷落柱體常被不同地層的煤巖碎塊填充，無(wú)層序，混亂堆積[1]。巷道掘進(jìn)揭露陷落柱時(shí)，由于柱體松散破碎，整體性較差，極易發(fā)生冒頂垮落，對(duì)巷道支護(hù)及安全生產(chǎn)極為不利。金達(dá)煤礦總回風(fēng)巷沿9號(hào)煤層頂板布置，設(shè)計(jì)斷面寬×中高=3.5 m×3 m，在初次掘進(jìn)200 m時(shí)，揭露了X53陷落柱（長(zhǎng)軸直徑×短軸直徑=82 m×57 m），陷落柱未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水通道，無(wú)淋水。巷道穿越陷落柱破碎柱體過(guò)程中發(fā)生了頂板垮落，采用工字鋼架棚支護(hù)+噴漿+木垛接頂，增強(qiáng)了陷落柱段巷道的支護(hù)強(qiáng)度[2]。

十多年后，隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，需要對(duì)總回風(fēng)巷斷面刷擴(kuò)增大，以提高整個(gè)礦井通風(fēng)能力，刷擴(kuò)成巷后斷面寬×中高=5 m×3 m，凈斷面不小于15 m2，采用錨噴支護(hù)或工字鋼架棚+木垛+噴漿支護(hù)方式。礦方采用掘進(jìn)機(jī)擴(kuò)幫、臥底施工總回風(fēng)巷，由外向里順應(yīng)風(fēng)流方向施工，當(dāng)刷擴(kuò)到總回風(fēng)巷200 m處揭露陷落柱原冒頂區(qū)域時(shí)，再次發(fā)生大面積頂板垮落，在原陷落柱冒頂區(qū)（工字鋼架棚+木垛接頂）連續(xù)垮落11 m長(zhǎng)巷道，冒落高度2～3 m，破碎的陷落柱體夾雜著腐朽的木垛圓木堵塞了總回風(fēng)巷整個(gè)通風(fēng)斷面，導(dǎo)致通風(fēng)斷面受阻，風(fēng)量減小，瞬間對(duì)整個(gè)礦井的通風(fēng)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[3]。

以往傳統(tǒng)的處理方法，大多采用人工重新架設(shè)木垛勾頂，聯(lián)合臨時(shí)架棚前探梁支護(hù)，進(jìn)行掘進(jìn)一架支護(hù)一架方式整修，工人操作極不安全，而且進(jìn)度慢、效率低，嚴(yán)重制約著整個(gè)礦井的通風(fēng)安全[4]。以應(yīng)急搶險(xiǎn)的方式，迅速排除這一重大安全隱患，對(duì)實(shí)施工藝技術(shù)方案的適時(shí)針對(duì)性、可操作性提出了較高的技術(shù)要求和質(zhì)量要求。

2 技術(shù)方案

2.1 構(gòu)建假頂骨架

依據(jù)總回風(fēng)巷揭露陷落柱二次冒落區(qū)段松散破碎圍巖的具體地質(zhì)條件和充填施工工藝要求，采用預(yù)先搭設(shè)假頂防護(hù)網(wǎng)骨架的充填方案。

當(dāng)冒落現(xiàn)場(chǎng)施工條件允許時(shí)，在碎渣冒落區(qū)的上方空洞區(qū)采用3～5 m長(zhǎng)圓木(或鐵道、工字鋼等)，一端搭設(shè)最前端工字鋼棚梁之上（或完整支護(hù)區(qū)域的幫錨桿上），另一端搭接到冒頂區(qū)碎渣上，并排5～8根，其上鋪設(shè)金屬網(wǎng)和破舊風(fēng)筒布，空洞區(qū)拋擲廢舊錨桿、木料、網(wǎng)片等形成假頂骨架。當(dāng)冒落現(xiàn)場(chǎng)不具備施工條件時(shí)，采用數(shù)根6～8 m長(zhǎng)錨索鉆孔穿入冒空區(qū)，構(gòu)建充填體的鋼筋骨架。

2.2 充填空洞區(qū)

每個(gè)充填作業(yè)循環(huán)交錯(cuò)布置6～8根注漿管路,均從碎渣冒落區(qū)最前端向冒落空洞區(qū)延伸，假頂骨架上快速充填馬浮因CTPFMF-2型充填密閉用酚醛樹(shù)脂發(fā)泡材料，形成約3 m厚的充填體假頂再生膠結(jié)支護(hù)層，重點(diǎn)對(duì)冒頂區(qū)的上部空洞適當(dāng)加大注漿量?？偦仫L(fēng)巷縱向剖面如圖1所示。

圖1 總回風(fēng)巷縱向剖面示意Fig.1 Longitudinal section schematic of total return airway

2.3 超前加固

采用預(yù)先超前加固4 m再向前掘進(jìn)支護(hù)3 m方案。設(shè)計(jì)單排注漿孔，孔深4～5 m，注漿鉆桿長(zhǎng)4.5～6.0 m，鉆孔直徑28 mm，孔間距0.7～1.5 m。

每個(gè)超前加固注漿循環(huán)工作面煤壁（陷落柱冒頂區(qū)巷道開(kāi)挖斷面的圍巖）布置5～7根注漿鉆桿，均從開(kāi)挖巷道斷面開(kāi)孔，在一個(gè)平面內(nèi)均勻展開(kāi)，鉆孔垂直或斜交向上布置，鉆孔開(kāi)孔與終孔均位于巷道頂板巖石內(nèi)，重點(diǎn)對(duì)開(kāi)挖斷面的外圍、上部鉆孔加大注漿量?？偦仫L(fēng)巷縱向斷面如圖2所示。

圖2 總回風(fēng)巷縱向斷面示意Fig.2 Longitudinal section illustration of total return airway

2.4 注漿量

根據(jù)總回風(fēng)巷揭露陷落柱二次冒落區(qū)段松散破碎圍巖的具體地質(zhì)條件，確定注漿充填、加固段巷道長(zhǎng)度為11 m，充填體積約140 m3，要求總回風(fēng)巷壓風(fēng)管路供風(fēng)風(fēng)量不低于3.5 m3/min，供風(fēng)壓力不低于0.6 MPa時(shí)，注漿終壓2～3 MPa，擴(kuò)散半徑0.6～0.9 m。充填與加固注漿均根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿量及跑漏漿情況，對(duì)注漿管密度、深度和角度隨時(shí)調(diào)整，單孔注漿量與總注漿量依據(jù)上述注漿參數(shù)和巷道冒頂變化情況實(shí)時(shí)調(diào)整。

2.5 注漿材料

結(jié)合總回風(fēng)巷揭露陷落柱二次冒落區(qū)的具體地質(zhì)條件，為實(shí)現(xiàn)快速、安全、高效恢復(fù)礦井通風(fēng)，應(yīng)急處理冒頂區(qū)所使用的注漿充填材料為煤礦充填密閉用酚醛樹(shù)脂發(fā)泡材料（馬浮因CTPFMF-2型），該材料各項(xiàng)指標(biāo)符合AQ/T 1090-2020《煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有煤安標(biāo)志證書。馬浮因CTPFMF-2型反應(yīng)溫度低于70℃，完全阻燃，膨脹倍數(shù)大于20倍，充填高冒區(qū)具有足夠的抗壓承載強(qiáng)度。

圍巖注漿加固材料選用石家莊國(guó)盛礦業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的煤礦加固煤巖體用聚氨酯材料（固特瓏JGPUGN-5型），該材料各項(xiàng)指標(biāo)符合AQ/T 1089-2020《煤礦加固煤巖體用高分子材料》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有煤安標(biāo)志證書。固特瓏JGPUGN-5型具有較好的滲透性，與煤巖體均有較高的粘合力，在壓力作用下可滲透到微裂隙之中，混合后反應(yīng)膨脹凝固，形成致密的網(wǎng)絡(luò)骨架體，對(duì)陷落柱松散破碎帶起到有效的固結(jié)作用[5]。

2.6 注漿設(shè)備和工藝

注漿鉆孔采用大功率、高轉(zhuǎn)速風(fēng)鉆或風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)打眼，為適應(yīng)破碎巖體的一次成孔，配備相應(yīng)長(zhǎng)度的特制注漿鉆桿。封孔、注漿采用ZZQ-0.36/12-J型氣動(dòng)高壓雙液化學(xué)注漿泵（20 L/min超大排量、低壓力，具有煤安標(biāo)志證書），其適應(yīng)大體積空洞區(qū)的快速充填施工，大大縮短充填工序時(shí)間。與注漿設(shè)備配套的進(jìn)風(fēng)管路為φ19 mm高壓風(fēng)管20 m，出漿管φ10 mm，長(zhǎng)度10、5、2 m各若干根[6]。

施工工藝：敲幫問(wèn)頂—構(gòu)建假頂骨架—標(biāo)孔—鉆充填孔—注漿充填空洞區(qū)—鉆加固孔—安裝注漿鉆桿及封孔部件—封孔—超前加固注漿—檢查注漿質(zhì)量—掘進(jìn)開(kāi)挖—架棚支護(hù)—驗(yàn)收—進(jìn)入下一個(gè)注漿循環(huán)。

3 應(yīng)用效果

采用應(yīng)急注漿方法，充填并加固總回風(fēng)巷揭露陷落柱二次冒落區(qū)段松散破碎巷道圍巖，可使陷落柱碎渣冒落區(qū)的煤巖體膠結(jié)為一體，形成了約3 m厚的充填體假頂再生膠結(jié)支護(hù)層，緩沖陷落柱冒落體對(duì)工字鋼支架的沖擊和破壞。

在空頂距離不超1 m、嚴(yán)格落實(shí)作業(yè)規(guī)程規(guī)定的有關(guān)技術(shù)要求時(shí)，為掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖揭露頂板之后、架棚支護(hù)之前托頂松散破碎帶不垮落或減少垮落創(chuàng)造了有利條件。提高了陷落柱冒頂區(qū)段巷道圍巖頂板的整體強(qiáng)度，為后續(xù)的掘進(jìn)出渣、架棚支護(hù)工序施工提供了安全保障，為5 d時(shí)間安全貫通11 m冒頂區(qū)并完成永久巷道支護(hù)贏得了時(shí)間。

4 結(jié) 論

（1）以應(yīng)急搶險(xiǎn)的速度，迅速排除通風(fēng)重大安全隱患，并依據(jù)總回風(fēng)巷揭露陷落柱二次冒落區(qū)段松散破碎圍巖的具體地質(zhì)條件和安全充填施工工藝要求，采用預(yù)先搭設(shè)假頂防護(hù)網(wǎng)骨架的充填技術(shù)方案，避免了單純大體積充填引起充填體整體下沉、垮落的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）結(jié)合總回風(fēng)巷揭露陷落柱二次冒落區(qū)的具體地質(zhì)條件，應(yīng)急處理冒頂區(qū)所使用的注漿充填材料和加固材料的合理參數(shù)匹配和分區(qū)域、分地層使用，既達(dá)到了充填空洞區(qū)，又實(shí)現(xiàn)了固結(jié)碎渣區(qū)，保證了開(kāi)挖斷面內(nèi)碎渣基本無(wú)注漿料，降低了材料費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)挖斷面外、上部碎渣膠結(jié)為完整支護(hù)體，提高了充填體的整體承載性能。

（3）大功率、高轉(zhuǎn)速風(fēng)動(dòng)鉆孔機(jī)具、特制注漿鉆桿與超大排量、低壓力風(fēng)動(dòng)注漿泵的聯(lián)合應(yīng)用，為一次成孔、大體積空洞區(qū)的快速充填施工提供了可靠保障，縮短充填工序，為應(yīng)急搶險(xiǎn)贏得時(shí)間。該技術(shù)為我國(guó)煤礦類似特殊地質(zhì)條件下的冒頂區(qū)應(yīng)急搶險(xiǎn)、快速貫通施工提供了一整套技術(shù)保障體系，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。