申明明

（霍州煤電晉北能化有限責(zé)任公司， 山西 靜樂 035100）

0 引言

煤炭開采過程揭露的與采面平行、斜交或者垂直布置的斜巷，給采面煤炭回采帶來一定制約[1-2]。特別是采面為孤島工作面時，采面開采范圍內(nèi)應(yīng)力集中、開采引起的動壓顯現(xiàn)更為明顯，極其容易導(dǎo)致空巷垮落?，F(xiàn)階段礦井普遍通過強化空巷圍巖支護強度方式確保采面過空巷安全，具體措施包括人工搭設(shè)木垛、全空巷充填或者補打單體等方式，部分礦井甚至采用跳采過空巷方式[3-5]。在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，人工搭設(shè)木垛存在支護強度偏低，當(dāng)空巷位于采動影響顯著區(qū)時容易出現(xiàn)木垛壓塌、壓垮情況，同時采面液壓支架也容易發(fā)生歪架、倒架等問題；使用單體支護時，會導(dǎo)致部分單體無法回收，導(dǎo)致資源浪費且當(dāng)空巷底板為承載能力較差的軟巖時，不僅單體在壓力作用下出現(xiàn)鉆底情況而且無法有效支撐空巷頂板；空巷全段充填方式雖然可滿足圍巖控制需要，但是存在施工成本過高、充填材料使用量大、過空巷期間產(chǎn)生大量廢料等問題；跳采方式不僅耗時長而且會導(dǎo)致資源浪費[6-9]。根據(jù)采面開采現(xiàn)場實際情況，選擇一種合適的過空巷技術(shù)不僅可提升過空巷安全性以及推進(jìn)速度，而且可降低過空巷成本。本文就以山西某礦3508 孤島工作面為例，分析采面過空巷時采取的安全技術(shù)，以期為礦井采面過空巷工作開展積累參考。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

山西某礦3508 孤島工作面位于南翼三盤區(qū)中部，開采5 號煤層，設(shè)計走向590 m、切眼長度180 m。采面回采的5 號煤厚3.0m、傾角1°～9°，埋深305m，頂板為硬度4.4 的砂巖、底板為粗砂巖。采面東側(cè)及西側(cè)分別為開采完畢的3506 及3510 采空區(qū)，北側(cè)為采區(qū)邊界，南側(cè)為采區(qū)集中運輸、軌道機回風(fēng)巷。3508孤島工作面采用U 型通風(fēng)方式，設(shè)計的回采巷道凈寬4.5 m、凈高3.0 m，采用錨網(wǎng)索支護方式。

1.2 空巷概況

在3508 孤島工作面開采范圍內(nèi)存在一條與切眼平行的空巷，該空巷沿著5 號煤層頂板掘進(jìn)，矩形斷面，空巷全長180 m、凈寬4.0 m、凈高3.0 m，采用錨網(wǎng)索支護方式，全斷面鋪設(shè)金屬網(wǎng)，具體支護斷面如圖1 所示，巷道支護參數(shù)如表1 所示。由于3508 采面工作面為孤島工作面，采面開采范圍內(nèi)存在一定程度應(yīng)力集中，空巷在圍巖應(yīng)力及采動壓力等作用下原有支護體系容易失效，導(dǎo)致圍巖垮落，給采面回采帶來一定安全風(fēng)險。

表1 空巷圍巖支護參數(shù)

圖1 空巷支護參數(shù)（單位：mm）

2 過空巷安全技術(shù)措施

實現(xiàn)空巷加固是確保采面安全過空巷關(guān)鍵。若采用單體或者木垛方式，不同程度存在資源浪費、支護強度不足等問題；采用全巷充填方式，雖可滿足空巷圍巖加固需要，但是耗時長且支護費用高，經(jīng)濟性不佳且無法滿足3508 孤島工作面高效推進(jìn)需要。由于3508 孤島工作面開采的5 號煤層埋深平均305 m，埋深相對較淺、地應(yīng)力不顯示，空巷支護體系需要應(yīng)對圍巖應(yīng)力及采動壓力影響。本文就結(jié)合以往研究成果以及其他礦井類似情況空巷支護體系，提出采用充填支柱對空巷進(jìn)行加固。

2.1 充填支柱材料性能

在空巷內(nèi)布置的充填支柱主要起到維護空巷頂板穩(wěn)定作用，結(jié)合其他礦井過空巷時泵送支護材料，在3508 孤島工作面充填支柱內(nèi)材料為雙液充填材料，該材料具有早強、速凝優(yōu)點，膠結(jié)強度以及凝結(jié)時間等可依據(jù)現(xiàn)場需要調(diào)節(jié)。充填材料部分優(yōu)點為：

1）材料單獨存儲時，6 h 內(nèi)不會沉淀、沁水；

2）材料混合后，5 min 之內(nèi)即失去流動性、5～15 min 內(nèi)即可完全固化；

3）材料在（0.5～2）∶1 范圍內(nèi)水灰質(zhì)量比可調(diào)節(jié)且漿液結(jié)石率均為100%；

4）漿液完全混合2 h 后抗壓強度即可達(dá)到8～15 MPa。具體不同水灰質(zhì)量比條件下雙液充填材料在抗壓強度變化情況如表2 所示。根據(jù)現(xiàn)場需要，將雙液充填材料水灰質(zhì)量比確定為1.1∶1。

表2 不同水灰質(zhì)量比條件下雙液充填材料在抗壓強度變化

2.2 充填支護布置方式

超前3508 孤島工作面300 m 以外即使用泵送支柱對空巷頂板進(jìn)行支護，根據(jù)現(xiàn)場情況在空巷內(nèi)設(shè)計2 排支柱，支柱直徑均為800 mm，支護高度與巷道高度一致。兩排支護與巷幫間距1 000 mm、兩排支柱排距為2 000 mm、支柱間間距為2 000 mm，兩排支柱布置呈三花眼形式，具體泵送支柱布置情況如圖2所示。

圖2 泵送支柱布置示意圖（單位：mm）

泵送充填支柱充填時使用的設(shè)備有注漿泵、攪拌機（高速及低速）、水箱等。具體充填系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖3 所示。采用的注漿泵充填能力為6.0 m3/h，預(yù)計耗時30 d 即可實現(xiàn)整個空巷充填。

圖3 充填系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖

2.3 空巷圍巖控制效果

空巷泵送支柱施工完成后現(xiàn)場情況如圖4 所示。在空巷內(nèi)布置測點對采面回采時空巷圍巖變形量進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果如圖5 所示。隨采面與空巷間距不斷縮小，空巷圍巖變形均呈先增加后穩(wěn)定趨勢。當(dāng)采面與空巷間距為25 m 時，空巷內(nèi)頂?shù)装寮跋飵妥冃瘟坎粩嘣龃螅划?dāng)采面與空巷間距為10 m 時，空巷頂?shù)装遄畲笪灰屏繛?95 mm、巷幫收斂量為197 mm；隨采面與空巷間距不斷縮小，空巷圍巖變形量雖繼續(xù)增大但是增加速度緩慢。表明采用泵送充填支柱方式可實現(xiàn)空巷圍巖變形有效控制。

圖4 泵送支柱施工完成后現(xiàn)場

圖5 空巷圍巖變形量

在采面回采過空巷期間，頂板始終穩(wěn)定，僅在靠近空巷20 m 以內(nèi)出現(xiàn)深度350 mm 的片幫問題，片幫不會影響采面生產(chǎn)。在采面揭露空巷后，空巷頂板有一定下沉，但是空巷支護體系仍可穩(wěn)定，確保空巷圍巖穩(wěn)定。在過空巷期間，空巷內(nèi)泵送支柱始終保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)傾倒、失穩(wěn)等問題。

3 結(jié)論

1）3508 孤島工作面回采的5 號煤層埋深均值305 m，采面開采期間地應(yīng)力顯現(xiàn)不明顯，但是由于采面為孤島工作面，開采動壓影響較為顯著。為確保采面過空巷安全，依據(jù)現(xiàn)場情況提出采用泵送支柱方式支護強化空巷圍巖支護。

2）根據(jù)現(xiàn)場需要，泵送支柱選用雙液充填材料，該充填材料具備膠結(jié)時間以及抗壓強度可調(diào)等優(yōu)點，混合膠結(jié)后材料抗壓強度可達(dá)到8～15 MPa；在空巷內(nèi)布置2 排充填支柱，支柱直徑800 mm，排距2 000 mm、間距3 000 mm。

3）現(xiàn)場應(yīng)用后，采面在過空巷期時充填支柱始終穩(wěn)定，空巷圍巖變形量雖然在采動影響下圍巖變形量有所增大但變形量在允許范圍內(nèi)；采面在過空巷期間頂板始終保持穩(wěn)定，僅煤壁出現(xiàn)小范圍片幫情況，片幫深度在300 mm 以內(nèi)。3508 孤島工作面采用泵送支護對空巷進(jìn)行支護，支護體系可確?？障飮鷰r穩(wěn)定。