充填技術在綜放工作面過廢棄井筒和舊巷的應用

梅光發 郭寧遠 趙健春

（山西省煤炭運銷集團三元古韓荊寶煤業有限公司，山西 長治 046000）

為提升礦井生產、技術、安全系數等方面的綜合能力，2010年山西對一些布局不合理和安全條件差的礦井實行煤炭資源整合，相鄰的小煤窯劃到一個井田，包含之前井筒和舊巷。為確保工作面的安全生產，避免工作面回采接近或穿過廢棄井筒和巷道，井壁垮塌影響安全生產，采用充填[1-4]技術對其進行治理已勢在必行。

1 工程背景

荊寶煤業位于山西省襄垣縣，由三荊溝煤礦、花寶溝煤礦、桃樹煤礦三個生產礦井及桃樹天利煤業關閉礦井及部分新增煤田兼并重組整合而成。主要開采3#、15#煤層，開采標高為380m。平均傾角4～8°（圖1）。

現主要開采3#煤層，目前二采區30202工作面巷道掘進已完成，即將進行回采，設計工作面走向長度780m，傾斜長度130m。為避免工作面回采穿過原花寶溝煤礦遺留回風立井井筒和舊巷道時，上覆巖層對支架造成沖擊失穩和井壁垮塌影響工作面的正常回采，決定采用充填技術對井筒和舊巷道進行充填加固。

圖1 巖層柱狀圖

舊巷道貫穿工作面與30202工作面運輸平巷與回風平巷相連接近南北向，長度130m，其東側與回風立井井筒相連的巷道長約20m（圖2）。

圖2 30202工作面平面圖

2 充填方案

考慮到安全性和成本問題，主要是對原花寶溝煤礦的回風立井井筒內3#煤層頂板以上20m范圍及井下部分舊巷（30202工作面運輸平巷與回風平巷之間的南北向舊巷道及其東側與回風立井井筒的連接巷）等進行充填治理。

2.1 充填方法

在地面建立注漿站，拌制水泥粉煤灰漿液，通過注漿泵、注漿管將水泥粉煤灰漿注入巷道及井筒內。漿液經過固化膠結，對巷道周圍及上覆巖層形成支撐作用，阻止上覆巖層的冒落垮塌，同時防止井壁垮塌砌石掉落。

（1）井下巷道充填注漿。采用分段砌筑密閉墻和水泥粉煤灰漿液充填方式注漿相結合，先進行巷道注漿和井筒連接處（從巷道底板充填至3#煤層頂板處，充填高度6m）注漿，然后再對貫穿工作面的巷道密閉注漿充填。

（2）井上立井井筒充填注漿（圖3）。采用水泥粉煤灰漿液壁后注漿加固充填進行治理，僅對3#煤層頂板以上20m范圍的井筒進行治理。

2.2 工藝流程

（1）首先進行地面注漿系統（圖4）的建立；

（2）巷道砌筑（密閉墻）和井筒及巷道注漿管路鋪設；

（3）井下巷道注漿；

（4）井上井筒注漿。

圖3 井筒充填注漿

圖4 注漿系統平面布置示意圖

2.3 充填材料

（1）井下巷道注漿材料。水泥粉煤灰漿液水固比初步設計為1:1.1，水泥占固相20%，粉煤灰占固相80%，為加快漿液凝結速度，可添加水泥重量3%～5%的速凝劑。注漿要求其強度小于煤層強度，以便于采煤機切割順利。

（2）井上井筒注漿材料。水泥粉煤灰漿液水固比一般為1:1.0，水泥占固相30%，粉煤灰占固相70%。

3 現場監測

對30202工作面支架的工作阻力進行監測，隨著工作面的推進，支架平均壓強曲線如圖5所示。工作面液壓支架平均壓強為20.2MPa左右；過空巷充填段時, 工作面距空巷水平距離2m時, 支架工作阻力有所上升，最大值為20.8MPa，整體增長幅度不大；過回風立井井筒時，影響范圍小，可以忽略，隨著遠離空巷平均壓強恢復到正常值。

圖5 液壓支架平均壓強曲線

4 結論

30202工作面回采前，采用水泥粉煤灰漿液分別對回風立井井筒內3#煤層頂板以上20m范圍及井下舊巷進行充填治理，在工藝上提出了分別進行井下巷道充填和井上井筒充填的新方法。現場觀測，證明了充填方法能保證工作面正常回采。