孤島工作面過空巷采用充填技術實現安全回采研究與實踐

摘要：針對孤島工作面內空巷壓力大，巷道冒頂嚴重，在孤島工作面過空巷期間提前采取用新型充填材料進行充填加固施工，確保了工作面過空巷的安全、快捷。

關鍵詞：孤島工作面 空巷 超高水材料 充填開采 安全回采

本礦是一大型現代化礦井，年產量為750萬t，采煤歷時48年，現該礦資源儲量日漸枯竭，綜采工作面布置均以邊角面、孤島面為主，地質條件相對以往變得更加惡劣，特別是該礦2011年回采的5216工作面，是我礦第一個孤島工作面。

5216工作面位于52采區，該面受地質條件影響，分三段回采，一次切眼長230.5m，二次切眼長187m，三次切眼長147m，最終停采線在工作面推進至1310m處。該面巷道成巷時間長，且周邊均為已采工作面，為一孤島工作面，尤其工作面運巷圍巖穩定性嚴重受到破壞，離層現象嚴重，回采前運巷變形已相當嚴重，不能滿足生產需要，經過二次擴巷、局部挑頂處理，方可滿足回采要求。但是工作面在回采過程中，又再次受回采動壓疊加的影響，運巷巷道變形再次嚴重，曾一度影響正常生產。最后經現場調研決定對運巷采取超前統一進行頂板、外幫補打錨索，里幫補打錨桿及配合頂幫注射馬麗散的方法整體加固運巷并對運巷超前維護長度加長、加密，才有效緩解了運巷巷道變形嚴重現象，使生產趨于正常。

1 工作面內布置的探巷概述

5216工作面回采至656m處時，將在工作面距運巷21m處揭露52北探巷，該探巷貫穿整個工作面，分別從風、運巷距原切眼820m、704m向工作面延伸，并在662m處交匯，全長約302m，斷面為3.5×3.2（m2）支護形式為：錨網支護，該巷由于受斷層F246、F167及擱置時間相對過長共同影響，巷道內有兩處出現頂板冒頂現象，工作面回采至此段將無法正常安全回采，為保證工作面安全順利通過該空巷，根據現場情況確定在巷道冒頂嚴重區域使用超高水材料進行充填，其余巷道采取補打錨索配合打設木垛聯合加固措施。（附：52北探巷巷道充填加固示意圖）。

52北探巷巷道充填加固示意圖

2 探巷使用超高水材料充填巷道冒頂區域施工

2.1 超高水材料是一新型充填材料。它是中國礦大新發明的一種采空區充填材料，水體積和水灰比分別可達97%和11:1，該材料具有早強快硬、兩主料單漿（A或B漿液）流動性好、初凝時間可調等特點，可用于中遠距離充填，且生成的固結體不收縮，體應變小，在三向受力狀態下有良好的不可壓縮性。在井下密閉、潮濕、低溫的采空區中，超高水材料是一種非常好的充填材料。

超高水材料充填能對上覆圍巖起到很好的支撐效果，并且流動性及滲透性好，能與周邊煤體、巖石等有效粘結在一起，可以在一定程度上控制受回采動壓影響的圍巖下沉速度。

2.2 超高水材料充填施工

2.2.1 充填前的準備工作：①在風巷側冒頂區域采用2米長大板和1.5米長道木交替打設1木垛進行加固。②在所打設木垛外巷道完整區域約3m處垂直巷道砌一道長×寬×高=4×0.85×2.7米加氣混凝土砌塊墻封口。③在運巷側冒頂區域采用2米長大板和1.5米長道木交替打設1木垛進行加固。④在52探巷與運巷交叉口往里約2m處垂直巷道砌一道長×寬×高=4×0.85×2.7米加氣混凝土砌塊墻封口。⑤分別從5216運巷側及靠風巷側北探巷內所砌的加氣混凝土砌塊墻留口進行注超高水材料。

2.2.2 超高水材料充填施工順序：①52探巷運巷側施工順序：清理巷道口雜物——鐵柱大板棚處打設木垛、回兩幫鐵柱——冒頂處打設木垛加固——砌加氣混凝土砌塊墻——運巷口注漿。②52探巷內風巷側施工順序：打錨索加固——冒頂處打設木垛加固——砌加氣混凝土砌塊墻——風巷口注漿。③注超高水材料：預留注漿管——注漿

2.2.3 施工工藝：砌加氣混凝土砌塊墻——注超高水材料。

①砌加氣混凝土砌塊墻

a拉基礎：首先在完好支護下拉基礎，用洋鎬、風鎬等支挖出兩幫及底板基礎，底板基礎要做到實底，兩幫及底板基礎深度不小于250mm。b砌墻：拉好基礎后，開始砌墻時，采用加氣混凝土塊砌墻。用砂漿鋪50mm基礎砌墻。

②砌墻時要層層拉線繩

注超高水材料施工：預留注漿管——注漿

a預留注漿管：砌加氣混凝土砌塊墻時，安排工人在巷道頂板吊掛注超高水材料施工所用的塑料管。

在巷道頂板吊掛注漿管，1#注漿管頭采用鉛絲由運巷側開始吊掛至52探巷內距風巷側所砌加氣混凝土砌塊墻1米處；2#注漿管頭采用鉛絲由運巷側開始吊掛至拐彎處；3#注漿管頭采用鉛絲由運巷側開始吊掛至距冒頂區1米處；每根注漿管吊掛兩根、間距500mm，當一根注漿管堵住時，另一根能夠備用。注漿時從1#注漿管向3#注漿管逐步進行注漿。從冒頂區域下方通過注漿管時，嚴禁人員進入冒頂區下方，必須在冒頂區兩側站人將注漿管從一側竄至另一側。

b注漿：待砌墻凝固7天后，即可注漿。把混合器與注漿管用高壓膠管閥門連接好，進行注漿。當一個注漿孔漿液注滿后，立即停泵，并關閉閥門，閥門關閉10min，待注漿管漿液不流動時方可卸下。

超高水材料充填巷道長度累計達89m。其中靠運巷側受F167斷層影響冒頂區域約46m長巷道全部用超高水材料充填，對于風巷側受F246斷層影響冒頂區域往里約43m巷道全部進行充填加固。

3 工作面過52北探巷及充填區域前期準備

3.1 提前制定過空巷專項措施：由于該空巷斜穿整個工作面，且又受F246、F167兩條斷層影響，對回采影響極大，因此要求隊組提前制定過空巷及充填區域專項措施，把回采過空巷困難估計到最大，制定措施具體到每一個細節。

3.2 提前為工作面過空巷準備好各種支護材料、網片等:要求隊組在距空巷50m時，準備好過空巷用的坑木、單體柱、網片等支護材料，為過空巷管理頂板及煤墻做好準備。

4 工作面過空巷充填區域

工作面回采至656m時揭露空巷充填區域，在揭露現場觀察超高水材料充填區域及附近煤墻頂板完整，充填材料與周邊煤體能完整地融為一體，硬度系數達到f=2.5（煤硬度系數：f=2）不用放炮通過，且對空巷頂板起到了很好支撐效果，回采通過此段區域，未出現片幫或漏頂現象，每天隊組能正常組織生產，每天可推進4.5刀煤。（附：超高水材料充填揭露后效果圖）。

5 工作面空巷使用超高水材料充填取得的經濟及社會效益

5.1 通過在該工作面空巷應用充填技術，工作面在過空巷冒落區域時，不用再同過去需放炮通過，一個圓班僅能采2刀煤，嚴重制約工作面生產進度及礦產量完成。現該工作面過空巷期間，平均每個圓班能夠采4.5刀煤，平均每天比過去可多采2.5刀，確保每天能夠完成礦規定的產量任務。

5.2 節省了人力、物力：過去工作面過空巷，特別是過冒落區域，一個班需要組織50多余工人，現僅需30余人，一個圓班可節省人力40余人，按每人日工資250元計算，每天可節省開資10000余元，工作面材料消耗明顯降低，所需坑木、網片、單體柱等材料僅是過去數量的1/3。

5.3 工作面過空巷安全系數達到明顯提高：過去工作面過空巷，煤墻片幫及頂板破碎現象，時有發生，每次需停采煤機，閉鎖大溜，組織工人進入煤墻上料絞頂管理頂板，人員安全系數極低，現過充填區域空巷，人員不用再進入煤墻，安全系數明顯達到提高。

5.4 空巷充填技術有極大推廣應用價值：5216孤島工作面空巷內使用超高水材料充填實踐的成功應用，為本礦今后其它回采工作面遇到空巷進行充填管理，提供了技術支持，對空巷特別是冒落區與使用充填方法處理探明了道路。同時為其它煤礦，采用超高水材料處理工作面空巷，提供了很好的借鑒作用。