武江江

(汾西礦業(yè)高陽煤礦,山西 孝義 032306)

空巷是由于開采設計變更、無序開采或布置探巷時遺留的廢棄巷道,依據(jù)空巷與采面推進方向空間位置關(guān)系,空巷可具體分為走向、傾向及斜交空巷[1]。采面回采范圍內(nèi)的空巷在采動壓力影響下容易出現(xiàn)圍巖變形量大、圍巖失穩(wěn)等問題,給采面煤炭安全回采帶來較大制約[2-3]。特別是開采厚煤層時,采面超前支承壓力影響范圍大、應力集中程度明顯,更容易引起導致空巷圍巖失穩(wěn),為此,眾多的學者及技術(shù)人員對采面回采過空巷技術(shù)展開研究,并提出采用錨網(wǎng)索補強、工字鋼(單體支柱)支護、圍巖注漿、高水墩柱、高水材料充填等方式加固空巷,給空巷圍巖足夠的支護作用力,避免空巷在采面前方或者與揭露期間出現(xiàn)圍巖垮落、失穩(wěn)等問題[4-9]。確?；夭善陂g空巷圍巖穩(wěn)定是實現(xiàn)采面安全回采過空巷的關(guān)鍵所在。本文以某礦31108綜放工作面過空巷為工程背景,針對采面一次開采厚度大、礦壓顯現(xiàn)明顯等容易導致空巷嚴重變形甚至垮落等問題,提出采用高水充填方式全斷面充填空巷,以便給空巷圍巖足夠的支持作用力,現(xiàn)場應用后為采面安全過空巷創(chuàng)造了良好條件。

1 工程概況

31108綜放工作面回采范圍內(nèi)底板標高在+540～+660 m,對應地表標高為+885～+950 m,工作面蓋山厚度平均為317 m.該工作面南鄰31106工作面(未掘),西部為三采區(qū)大巷保護煤柱,北為31110工作面(未掘),東部臨近賢者向斜軸部。31108綜放工作面分為2個塊段,其中I塊段工作面斜長140 m、推進長度292 m,II塊段工作面斜長198 m、推進長度719 m,采面回采的太原組9-10-11號煤層厚度7.5～8.5 m ,均值為8.04 m,煤層結(jié)構(gòu)復雜 ,煤巖層傾角平均為8°.9-10-11號煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、石灰?guī)r、砂巖為主,具體巖性參數(shù)如表1所示。礦井為低瓦斯礦井,31108工作面瓦斯絕對涌出量為0.79 m3/min.9-10-11號煤層具有自燃發(fā)火傾向,等級為Ⅱ級,發(fā)火期為4～6個月,煤塵具有爆炸性。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性

31108綜放工作面回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造比較復雜,采面開采范圍內(nèi)發(fā)育有斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造,給煤炭正?；夭蓭硪欢ㄓ绊憽９ぷ髅娌捎萌靠迓浞ü芾眄敯?回采期間使用的主要設備包括有采煤機MGTY300/700-WD、破碎機PCM-200、前部刮板輸送機SGZ-764/630、后部刮板輸送機SGZ-800/800、中間支架ZF6800/17/32、端頭支架ZFG6800/17.5/32.5H.31108綜放工作面II段開采范圍內(nèi)存在有廢棄的空巷(探巷),具體分布位置如圖1所示。由于31108綜放工作面一次開采高度大、采動壓力影響范圍大,因此在采面過空巷時面臨的主要問題為:空巷圍巖變形嚴重、原有支護體系失效甚至導致頂板垮落等問題,空巷內(nèi)瓦斯積聚,空巷與圍巖裂隙發(fā)育導致煤體自燃。因此,應結(jié)合31108綜放工作面現(xiàn)場實際情況,針對性制定采面過空巷技術(shù)方案,以便確保采面安全、快速過空巷。

圖1 采面與廢棄空巷位置關(guān)系

2 采面過空巷技術(shù)

2.1 空巷通風

1) 在采面與空巷間距300 m之前,即組織人員在進風流中安裝局部通風機,并開啟空巷密閉,對空巷進行通風。

2) 嚴格按照要求確保空巷通風量效果,強化空巷內(nèi)瓦斯體積分數(shù)檢測,確?？障飪?nèi)通風風流穩(wěn)定,瓦斯體積分數(shù)降至0.5%以內(nèi)。

3) 揭露空巷后暫停推進,待采面通風系統(tǒng)恢復穩(wěn)定后方可繼續(xù)推進。

2.2 空巷充填支護

由于31108綜放工作面一次開采高度大、礦壓顯現(xiàn)明顯,空巷在動壓作用下容易出現(xiàn)大變形甚至圍巖失穩(wěn)等問題。為此,提出采用充填方式支護空巷圍巖。待空巷內(nèi)瓦斯體積分數(shù)降至安全范圍、通風穩(wěn)定后,采用高水充填材料支護空巷頂板及巷幫,確保采面過空巷期間圍巖穩(wěn)定。

依據(jù)31108綜放工作面煤層賦存情況、現(xiàn)場地質(zhì)條件、超前支承壓力分布及圍巖支護強度等情況,空巷充填時使用水灰比為7∶1的高水充填材料,材料初凝時間為30 min、充填3 d后抗壓強度即可達到1.2 MPa以上,可滿足空巷圍巖支護需要。在空巷內(nèi)按照10～20 m布置一道止?jié){墻,具體布置情況如圖2所示,在注漿外側(cè)布置厚度10～15 mm厚木板并使用單體或者木支柱支承,在木板內(nèi)布置風筒布,以便減少高水充填材料外溢量。

圖2 空巷充填示意

在空巷內(nèi)注入高水充填材料時,應先將充填在攪拌桶內(nèi)均勻混合,使用雙液注漿泵將高水充填材料泵送至空巷內(nèi)。具體高水充填材料注入工藝如圖3所示。為提高高水充填材料密實度并避免管路堵塞等影響后續(xù)空巷充填,在充填段,布置2～3個PVC充填管,其中一路作為注漿管使用,其余充填管作為排氣管使用。

圖3 空巷充填工藝

2.3 過空巷期間管理措施

在31108綜放工作面過空巷之前,檢修采煤機、液壓支架、刮板輸送機、供液系統(tǒng)等,更換易損件并確保各設備處于完好狀態(tài),避免過空巷期間機電設備出現(xiàn)故障影響推進速度;由于高水充填材料可給空巷圍巖較大的支護作用力,為減少煤炭損失,在31108綜放工作面過空巷期間仍正常進行放煤。采面與空巷間距縮小至15 m時,對采面進行調(diào)斜,具體加快采面回風巷一側(cè)回采速度、減緩進風巷側(cè)回采速度,從而使得采面與空巷有5°以上夾角,同時使得采面先揭露空巷最里側(cè),具體采面調(diào)斜情況如圖4所示。

圖4 采面調(diào)斜示意

采面調(diào)斜后具有下述優(yōu)勢:

1) 采面調(diào)斜后可,采面可逐段揭露空巷,采煤機截割一刀后采面推進0.55 m,采煤機截割8刀即可通過空巷,采面一次揭露空巷面積小 ,降低采動壓力對空巷影響程度。

2) 采面調(diào)斜角度為5°,調(diào)斜角度較小,調(diào)斜期間不會出現(xiàn)采面過長同時液壓支架、刮板輸送機等設備不會出現(xiàn)竄向機尾或機頭等情況,避免采煤機組無法割透回采巷道側(cè)煤壁或者采面出現(xiàn)空頂問題。

3) 調(diào)斜后,從最里面?zhèn)冉衣犊障?在全負壓通風作用高水材料與空巷空隙內(nèi)有新鮮風流,可避免局部瓦斯富集。

3 現(xiàn)場應用效果分析

在31108綜放工作面過空巷期間,通過監(jiān)測空巷內(nèi)、空巷旁液壓支架工作阻力變化情況,掌握空巷充填效果,具體過空巷前(第1階段:采面距空巷13.0～0 m)、過空巷期間(第2階段:采面距空巷期間0～4.4 m)以及過空巷后(第3階段:采面過空巷后4.4～11.0 m)液壓支架工作阻力變化情況如圖5所示。從圖中可以看出,在過空巷之前,在采動壓力影響下空巷圍巖變形開始增大、空巷圍巖與高水充填材料間空隙被壓實,空巷影響范圍內(nèi)液壓支架工作阻力出現(xiàn)一定程度波動,主要是受空巷圍巖變形影響;采面過空巷期間以及過空巷后,由于空巷圍巖被高水充填材料支承,空巷影響范圍內(nèi)液壓支架工作阻力始終在較小范圍內(nèi)波動。同時在31108綜放工作面過空巷期間,采面頂板、煤壁始終保持穩(wěn)定,未有冒頂、片幫等異常礦壓顯現(xiàn)情況,表明現(xiàn)場使用的以高水充填材料加固空巷為核心的技術(shù)措施可確保采面安全、平穩(wěn)回采。

圖5 采面過空巷前后液壓支架工作阻力變化情況

4 結(jié) 語

31108綜放工作面回采范圍內(nèi)存在有廢棄的空巷,若采用傳統(tǒng)的錨網(wǎng)索、注漿或者敦式支柱加固空巷,并通過留頂煤方式過空巷,雖然可確保過空巷安全,但是也會導致采空區(qū)遺煤量大、煤炭資源損失量多以及經(jīng)濟效益差等問題。為此,結(jié)合31108綜放工作面現(xiàn)場情況,提出使用高水充填材料加固空巷圍巖,并通過采面調(diào)斜減少一次揭露空巷范圍。

在31108綜放工作面空巷內(nèi),按照10～20 m間距布置止?jié){墻并注入高水充填材料,通過全段充填提高空巷圍巖抗變形能力,避免采面回采期間出現(xiàn)空巷圍巖垮落問題;過空巷期間采面調(diào)斜5°.在過空巷期間保持正常放頂煤回采,期間采面礦壓顯現(xiàn)未出現(xiàn)異常,采面頂板及煤壁始終保持穩(wěn)定,表明31108綜放工作面采用的過空巷技術(shù)措施效果顯著,可確保采面安全回采。