李朝瓏

（山西新村煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000）

在礦井開采過程中，受采掘巷道布置、開采需要或周邊小煤窯無序開采等因素影響，造成一些空巷，在工作面回采期間經(jīng)常揭露穿過這些空巷。若不提前對空巷采取一些加固措施，則工作面在過空巷回采期間經(jīng)常會出現(xiàn)煤壁片幫、 頂板冒落等事故，嚴重制約工作面安全高效生產(chǎn)。 加固空巷方法一般采用人工支設(shè)木垛、 打設(shè)坑木或單體液壓支柱點柱等方法[1-2]。雖然這些加固方法簡單，但其支護強度往往達不到要求，在工作面過空巷過程中經(jīng)常發(fā)生木垛倒塌、點柱壓斷等問題，給工作面回采造成較大影響。 近年來，隨著充填工藝、技術(shù)的不斷發(fā)展和充填材料的不斷改進，充填體強度已達到滿足支護空巷頂板，保證工作面安全快速通過空巷的要求，從而被許多礦井推廣應(yīng)用。 基于此，本文以晉能控股常村煤礦22121 工作面為工程背景，擬采用高水材料充填加固過空巷技術(shù)，以實現(xiàn)工作面安全快速通過空巷。

1 工程概況

常村煤礦22121 工作面位于22 采區(qū)西翼，工作面北部為設(shè)計22101 工作面，南部為設(shè)計22141工作面，東部為22 下山保護煤柱，西部為22121工作面西段采空區(qū)。 工作面設(shè)計走向長825 m，傾斜長180 m，主采5 號煤層，煤層平均厚度5.8 m，平均傾角12°。工作面煤層頂?shù)装迩闆r如表1 所示。

表1 工作面煤層頂?shù)装迩闆r

在22121 工作面中上部布置有一條約280 m長的放水巷，該巷道與工作面平交（如圖1 所示），目前該巷道已廢棄。 因22121 工作面回采過程中需通過該空巷，對工作面正?；夭稍斐奢^大影響。為減少過空巷對工作面回采的影響，保證工作面安全高效回采，對該空巷采用高水材料進行充填加固。

圖1 22121 工作面平面布置

2 充填材料性能

高水充填材料是一種水硬性材料，其水灰比一般為6.5：1～11:1。它主要由特種水泥復(fù)合礦化劑、 石灰與石膏以及復(fù)合緩凝劑與復(fù)合強化劑等組成，固化后形成鈣礬石，具有早強、速凝、快硬、流動性高等特性[3-4]。超高水材料主要分為A、B 兩種組份，當A、B 兩種組份混合后，水含量在91%～97%時，凝結(jié)7d 后材料抗壓強度能夠達到0.35～3.2 MPa，凝結(jié)15d 后其抗壓強度能夠達到0.65～3.83 MPa，具體情況如圖2 所示。 A、B 兩種組份材料單獨加水攪拌后，在40 h 以內(nèi)不會凝固，在24 h 內(nèi)其粘稠度基本無變化，因該材料含水性非常高，且混合后槳體粘稠度低，其流動性和可注性極強，能夠滿足在管路中進行遠距離輸送的要求。

圖2 充填體在含水量不同條件下抗壓強度隨時間變化曲線

3 充填技術(shù)方案

3.1 充填工藝

對空巷采用高水充填材料進行充填加固工藝，是利用專用充填泵站中的自動攪拌器內(nèi)添加超高水材料和水，按照確定的水灰比配制成A、B兩種以水為主要成分的具有高流動性的漿體，然后利用充填泵站分別通過兩條高壓膠管將A、B 兩種漿液輸送充填區(qū)域，在即將進入充填區(qū)之前將兩種漿液進行混合，使流入充填區(qū)的混合漿體在可控時間內(nèi)膠結(jié)、凝聚，達到設(shè)計強度，以實現(xiàn)充填空巷，控制空巷圍巖變形，避免頂板下沉[5-6]。 受巷道地形影響，空巷存在頂?shù)装迤鸱黄浆F(xiàn)象，為防止充填材料不能對巷道全斷面進行充填加固，采取分段充填作業(yè)，在充填作業(yè)前，需提前在空巷內(nèi)構(gòu)建止?jié){墻。 充填工藝流程如圖3 所示。

圖3 空巷充填施工工藝流程

3.2 充填漿液配比

在進行充填漿液配比選擇時既要保證固結(jié)體抗壓強度滿足支護加固安全的要求，同時也要考慮經(jīng)濟效益。 因此，在進行22121 工作面流水巷充填作業(yè)時，高水材料A、B兩組份的比例按照1:1 進行配比，高水材料的水灰比確定為7:1，漿液初凝時間在4～6 min，固結(jié)體單軸抗壓強度平均達到1.6 MPa 以上。 采用上述條件配比出的漿液粘稠度較低，具有較好的流動性和滲透性，在無墻體阻擋的情況下可輕易流動到空巷充填區(qū)域，將空巷全部充填滿，以達到巷道的全斷面充填加固的目的。

3.3 充填施工方案

在22121 工作面進行充填加固作業(yè)時，采用近距離制漿和管路輸送、 低壓大流量注漿的方式進行注漿施工。 注漿作業(yè)前先自22121 上順槽與流水巷交叉口位置開始，垂直煤壁側(cè)向流水巷內(nèi)施工注漿鉆孔，開孔位置距巷道頂板0.8 m，鉆孔間距為10 m。 鉆孔施工完畢后利用鉆孔進行充填作業(yè)，鉆孔終孔注漿壓力控制在5～10 MPa，漿液橫向擴散半徑達到6～10 m，最終漿液充填高度在3～5 m。 為檢驗充填效果，在完成注漿后沿煤壁側(cè)向流水巷內(nèi)施工探查孔進行檢驗，對存在空隙的區(qū)域重新進行注漿，確保注漿區(qū)域固結(jié)體形成一個整體。

因受22121 工作面流水巷內(nèi)巷道頂?shù)装迤鸱绊?，巷道斷面不統(tǒng)一，因此在進行充填作業(yè)時對巷道構(gòu)筑止?jié){墻進行分段注漿充填。 根據(jù)流水巷斷面不同將巷道共劃分為6 個充填區(qū)域，分別在每兩個區(qū)域的交界處構(gòu)筑止?jié){墻，墻體厚度1.5 m，高度覆蓋巷道全斷面，如圖4 所示。為防止止?jié){墻墻體垮落，必須在止?jié){墻構(gòu)筑時間達到24 h后方可對流水巷進行充填作業(yè)。 根據(jù)現(xiàn)場測量，巷道內(nèi)6 個充填區(qū)域的注漿量如表2 所示。

表2 流水巷內(nèi)各段充填區(qū)域注漿量情況統(tǒng)計

圖4 流水巷分段注漿充填作業(yè)

4 應(yīng)用效果

為檢驗高水充填材料充填加固效果，在22121工作面過空巷回采期間對工作面液壓支架壓力變化情況進行了觀測分析。 將工作面在距流水巷不同距離位置時空巷影響范圍內(nèi)的液壓支架工作阻力變化觀測數(shù)據(jù)進行收集整理后，繪制出變化曲線如圖5 所示。

圖5 工作面過空巷回采期間支架壓力變化曲線

對圖5 分析可知，當工作面回采至距流水巷25 m 時工作面液壓支架工作阻力開始出現(xiàn)大幅度增大；當工作面回采至流水巷位置時，工作面液壓支架壓力為11 543 kN，達到最大值。 當工作面通過流水巷以后，支架壓力逐漸減??；當工作面通過空巷距離達到20 m 后，支架工作阻力減小到6 186 kN；隨后繼續(xù)向前推進過程中，支架工作阻力變化達到正常波動范圍，表明工作面已不受空巷影響。

在22121 工作面過空巷回采過程中，工作面未出現(xiàn)大面積煤壁片幫和冒頂現(xiàn)象，在空巷影響區(qū)域的前后10 m 范圍內(nèi)的煤壁局部出現(xiàn)少量片幫，片幫深度在250～450 mm，其他區(qū)域均未出現(xiàn)明顯片幫；工作面頂板未發(fā)生明顯下沉現(xiàn)象。 通過對液壓支架立柱行程變化情況進行觀測，僅有在空巷影響區(qū)域內(nèi)的個別支架立柱行程降低150～250 mm，個別支架安全閥出現(xiàn)了開啟，未對工作面回采造成較大影響，工作面安全快速通過了空巷。由此表明，22121 工作面過空巷回采時，采用高水充填材料對空巷進行超前加固效果良好，達到預(yù)期效果。

5 結(jié)語

為保證常村煤礦22121 工作面過空巷回采期間安全，結(jié)合工作面地質(zhì)資料及現(xiàn)場實際情況，擬定工作面采用高水充填材料超前加固空巷技術(shù)方案；針對高水材料性能，確定了充填材料的配比方案，并制定了充填施工工藝流程和具體充填施工方案。 現(xiàn)場應(yīng)用表明，在22121 工作面流水巷內(nèi)超前進行充填加固后，工作面回采期間煤壁未出現(xiàn)大面積片幫，頂板未出現(xiàn)大幅度下沉現(xiàn)象，工作面安全順利通過空巷，效果良好，達到了預(yù)期目的；該技術(shù)方案的成功應(yīng)用可為類似條件下工作面空巷回采提供技術(shù)參考。