綜采工作面充填工藝過冒落頂板老硐技術的研究與應用

摘要：綜采工作面過老巷一直是煤礦開采中未能很好解決的技術難題，特別是綜采工作面通過已經發生大范圍的片幫、冒頂的老巷更加困難。當工作面推進到老巷附近時，由于巷道原有支護難以承受工作面超前支承壓力而導致巷道頂板垮落，甚至發生基本頂斷裂，引起煤壁片幫，使工作面不能正常推進。龐莊煤礦-620上山煤柱工作面過已冒落的頂板老硐，根據對超高水材料充填體抗壓強度的分析及相關充填工程實踐的研究，結合-620上山煤柱工作面現場實際情況，制定了采用超高水材料的充填工藝過頂板老硐方案，通過現場實踐證明該方法安全可靠，經濟簡單，為工作面安全高效過已冒落的頂板老硐提供了較好的技術支持。

關鍵詞：頂板老硐 冒落 充填工藝 安全高效

龐莊煤礦龐莊井經過40a的開采，礦井資源枯竭，為了多回收資源，延長礦井服務年限，在礦井收縮期生產中，對采取煤柱、邊角殘煤實施回收。此類資源生產條件復雜，工作面需過錯綜復雜的老硐，如采取措施不當或不及時，會造成大面積冒頂、壓死支架、垮面等事故，給安全生產帶來很多困難和隱患。為了防止壓死支架、垮面事故，在回采-620m西二采區7煤煤柱工作面時，經過認真分析和研究，提出了過老硐的控制對策，獲得了預期效果。

1 工作面狀況

龐莊井-620m西二采區7煤煤柱工作面，走向長475m，平均傾向長152m。兩側均為采空區。該面總體為一單斜構造，每層傾斜5～15度，平均8度。該面處于井田深部，為采區孤島煤柱，裂隙發育。工作面內老巷道錯綜復雜，共有老巷道12條，其中有5條本層老硐、2條穿層老硐、4條頂板老硐以及1條底板老硐。如何安全過老硐，是該面頂板管理的技術難點和重點。

2 技術原理

2.1 超高水材料充填冒落區域理論原理 采用超高水材料充填空巷新技術，使得垮落空間的頂板及兩幫得到有效支護。工作面過空巷時，采煤機像采煤一樣直接切割充填體，上部充填體成為直接頂。由超高水材料固結形成的充填體具有較大的承載能力，能夠支撐基本頂，同時傳遞液壓支架支護阻力，保持充填體墻壁及頂板完整。充填體具有較好的變形特性，受到超前支承壓力作用時，能適量變形從而讓壓，防止充填體發生片幫、冒頂。超高水材料制成的充填漿液具有很強的流動性和滲透性，漿液經擠壓滲透到圍巖縱橫交錯的裂隙中并固結后，呈層狀、網狀、脈狀分布，在圍巖中形成網絡骨架結構，構成圍巖復合結構。在圍巖淺部，漿液固結體呈薄厚不一的片狀或條狀，幾乎可相互連通形成網絡骨架，形成網絡骨架的超高水速凝材料的抗壓強度不一定比圍巖大，但超高水速凝材料固結體具有良好的韌性和粘結性，能將破碎圍巖粘結成整體，阻止圍巖進一步片幫或冒落。超高水材料充填冒落空巷的原理如圖1所示。

超高水材料相對于高水速凝材料來說水含量進一步加大，充填成本進一步降低，其在龐莊礦-620上山煤柱工作面的成功實施，可以解決龐莊煤礦綜采工作面順利通過空巷的問題。

2.2 具體操作方法 從巷道待充填區域的高處開始向低處充填，由于漿液的重力作用，漿液由高處流淌到低處，隨著充填工作的不斷推進，充填漿體液面不斷上升，逐漸將底部巷道充填密實，并將部分冒落下來的矸石（若存在）膠結起來，同時漿液也會滲透到各種裂縫中，形成整體支撐上覆巖層的充填膠結承載體。

2.3 該方法的優點 ①不需要對巷道進行額外的加固和維護，減少工作量，降低維護巷道的成本；②充填工藝簡單，人員需求少，易于組織與管理；③不控制直接頂，人員作業安全，充填過程安全可靠。

3 充填泵站設計及設備管路選擇

3.1 充填泵站選址及設計 泵站的主要作用是建立超高水材料的漿液生產系統，將A、B兩種主料配合外加劑制成A、B兩種漿液，然后通過雙液充填泵經管路分別輸送至充填區域，在即將到達待充區域之前將兩種漿液混合，最后將混合漿液輸送到待充區域，混合漿液迅速凝固，并能膠結巷道各種破碎矸石，最終充滿空巷。充填泵站位置的選擇應遵循下列原則：便于施工；離充填地點較近；不影響工作面正常生產；運料方便；有充足的水源；具有良好的通風條件。經過現場調研，并與龐莊礦有關技術和管理人員討論，確定充填泵站選址在-520小湖系車場巷道與貫通石門巷道的連接處。

充填泵站具體布置設計詳見圖2所示。

說明：

①泵站儲料平臺大小應能放置兩到三天使用的充填材料。為使材料保持干燥，平臺應鋪墊木板。若頂板淋水，要掛防水塑料布。A、B、AA、BB四種材料不能混放，應分別堆放。運料礦車應能進入儲料平臺旁，以減輕工人裝卸強度。②充填泵供水能力應不低于160m3/h，以保障給攪拌桶加水，確保充填工作連續進行。③泵站供電要滿足，電壓1140/660V。④泵站與充填點間要建立電話聯絡系統。

3.2 注漿泵型號確定及管路選擇 由于充填要求進度較快，因此確定需要額定能力為700L/min的ZBYSB型煤礦用液壓注漿泵，單漿管的額定流量為350L/min。攪拌桶內徑約為1.05m，高為1.2m，體積約為1m3，實際制得漿液容積按照0.75m3考慮。

為了及時注水制漿，注水、投料和攪拌的時間按照4min考慮，供水應能在1min內注滿攪拌桶，從而留出足夠時間進行投料和攪拌等作業，按照充填能力，供水能力至少達到160m3/h（2.67m3/min）以上。

按照超高水速凝材料漿液流速為2.2m/s估算，需要兩路單漿管內徑為2.05英寸（51.97mm）的無縫鋼管和高壓膠管，兩路單漿管的長度根據泵站與待充填空巷的距離確定。兩路高壓膠管主要是連接拐彎處的無縫鋼管，具體長度需要視實際情況確定。無縫鋼管的型號規格暫定為外徑57mm，壁厚3mm；為了能夠讓混合漿液充分混合，混漿管的長度為70m～80m。確定需要內徑為2.9英寸（73.5mm）的彈簧管作為混合管。混合管也即是注漿管，在注漿充填空巷前，需要事先固定在空巷的最高位置。

4 注漿充填工藝設計

在進行注漿充填前，需要事先把注漿管（混合管）固定在待充填冒落的最高端，然后再冒落去外圍砌筑隔離墻。隔離墻可用加氣混凝土塊砌筑，頂部和兩側應伸入煤幫穩定處。充滿漿液后，隔離墻需要承受漿液的壓力，因此隔離墻要有一定的抗壓強度。隔離墻的砌筑高度可根據充填進度進行調整。

為增大充填混合液的流動性，使充填材料能充分流動到冒落帶的整片區域，充填比例調至97%。施工時人員嚴禁進入冒落區域，人員應站在頂板完好處將管路慢慢伸直冒落最高位置并固定牢固。

初始充填時可先砌筑一半巷道高度的隔離墻，隨著充填的進行再繼續加高，這樣有利于觀察巷內充填情況，對于出現的不利因素可及時制定措施進行處理。

5 效果分析

①注漿填充固結效果良好，漿液在巖體中充填密實，膠結牢固，固結強度達到預期要求。②施工部對注漿地段進行為期六個月的巷道收斂檢測，發現該地段巷道收斂效果顯著，且固結效果穩定。截至目前，注漿填充巷道基本完好，經觀測無一開縫或剝落現象出現。

6 結論

龐莊煤礦-620上山煤柱工作面過已冒落的頂板老硐，根據對超高水材料充填體抗壓強度的分析及相關充填工程實踐的研究，結合-620上山煤柱工作面現場實際情況，制定了采用超高水材料的充填工藝過頂板老硐方案，通過現場實踐證明該方法安全可靠，經濟簡單，為工作面安全高效過已冒落的頂板老硐提供了較好的技術支持。

參考文獻：

[1]劉迎春.綜采面回采巷道礦壓規律顯現分析研究[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2009（11）.

[2]楊紅旗，王振.綜采面切眼錨網、錨索支護技術及施工工藝[J].價值工程，2011（13）.

[3]雷林林.切眼錨帶網索支護技術應用[J].水力采煤與管道運輸，2011（01）.