移動(dòng)充填技術(shù)在綜采工作面沿空留巷中的應(yīng)用

秦慧湖 郭晶露

（1.蘭花集團(tuán)伯方煤礦，山西 高平 048400；2.蘭花集團(tuán)永勝煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036000）

1 工程概述

3308 綜采工作面位于伯方煤礦的三盤區(qū)，是礦井首個(gè)采用沿空留巷技術(shù)的工作面。主要開采煤層為3#煤，煤層賦存穩(wěn)定，開采條件良好，平均厚度可達(dá)5.47m，煤層傾角為2°~6°。采煤工作面沿走向布置，設(shè)計(jì)上下巷走向長度為1905m，設(shè)計(jì)傾向長度為220m。煤層頂板為粗粒砂巖，主要成分由石英、燧石碎屑及白云母等膠結(jié)而成，其性緊密堅(jiān)硬，呈灰色、黑灰色，平均厚度可達(dá)17.54m；煤層底板為細(xì)粒砂巖，中間夾有一層粉砂巖，平均厚度為2.8m。3308 采煤工作面與相鄰的3307 采煤工作面共用一條軌道順槽，工作面回采時(shí)采用“兩進(jìn)一回”的通風(fēng)方式，即由運(yùn)輸順槽和軌道順槽供風(fēng)，沿3307工作面回風(fēng)順槽回風(fēng)，形成獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。3308 工作面巷道平面布置圖如圖1 所示。

圖1 3308 工作面巷道平面布置圖

2 移動(dòng)注漿方式

2.1 制漿站

為了避免3308 工作面回采期間的采空區(qū)瓦斯由于頂板垮落而涌入巷道內(nèi)，需采取注漿充填的方法對3307 工作面采空區(qū)進(jìn)行注漿。考慮到3308 工作面運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，不適合采用固定地點(diǎn)制漿注漿，為滿足注漿需求，設(shè)計(jì)將制漿站布設(shè)在回采面切眼以外的軌道順槽內(nèi)200m 處，把注漿泵安裝在平板車上，便于作業(yè)期間根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際注漿需要，通過絞車或梭車牽引前后移動(dòng)，靈活控制施工。在制漿時(shí)，一次牽引兩個(gè)平板車，一個(gè)存放注漿泵，一個(gè)存放A、B 漿液的攪拌桶，分別有兩個(gè)桶裝A 液、兩個(gè)桶裝B 液，通過持續(xù)制漿，有效確保了注漿的連續(xù)性。圖2 為制漿泵站布設(shè)示意圖。

圖2 泵站布置示意圖

2.2 注漿管

利用DN40 型高壓鋼管加工焊接成注漿管路，攪拌桶內(nèi)的AB 液體通過制漿泵的混合攪拌充分融合后，經(jīng)過高壓注漿管路向采空區(qū)內(nèi)注漿，確保了兩種液體能夠充分發(fā)揮化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到較好的注漿效果。

3 充填法沿空留巷

沿空留巷技術(shù)是指隨著采煤工作面的回采，通過在實(shí)體煤墻的采空區(qū)側(cè)以砌筑磚墻或材料充填的方式人工留設(shè)一條巷道，由于其具有一定的抗壓強(qiáng)度，因此在采煤動(dòng)壓平均分布，達(dá)到新的平衡后，巷道受到的變形較小，能夠確保留巷的完整性。為了達(dá)到這一抵抗強(qiáng)度，增加充填物對頂?shù)装鍓毫Φ某休d能力，減少頂板彎曲變形的下沉移近量，需考慮如何提高頂板的支護(hù)加固作用[1-3]。

3.1 充填法加固

綜采工作面在采煤過程中受到兩方面動(dòng)壓的影響：一是切眼前方煤墻側(cè)承受壓力后傳遞的膨脹應(yīng)力作用；二是采空區(qū)側(cè)頂板垮落造成的垂直與水平方向的混合作用力影響，而后者的作用影響更為復(fù)雜。因此，在采空區(qū)側(cè)留設(shè)巷道，其充填物要能夠承載頂板冒落后的上覆巖層的垂直壓力，同時(shí)，在垂直應(yīng)力的擠壓作用下，充填物存在一定的韌性，會(huì)出現(xiàn)塑性變形，為了減小變形量，提高縱向抗壓強(qiáng)度，需要通過輔助的柔性支護(hù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。在采空區(qū)內(nèi)打設(shè)一排木點(diǎn)柱，補(bǔ)充支承頂板壓力，在充填物的內(nèi)外側(cè)預(yù)先錨固對拉鋼筋錨桿，旋轉(zhuǎn)張緊托盤，并在采空區(qū)煤墻側(cè)張貼金屬菱形網(wǎng)和塑料網(wǎng)，以減小冒落的碎矸石對充填物的擠壓影響[4]，從而提高充填強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。

規(guī)格設(shè)計(jì)：充填模塊厚度1.5m，模塊與木點(diǎn)柱之間預(yù)留0.3m 的間距，錨桿之間高差1m，木點(diǎn)柱后背設(shè)的背板間距0.3m。充填體對拉鋼筋布設(shè)示意圖如圖3 所示。

圖3 充填體對拉鋼筋布設(shè)圖

3.2 超前支護(hù)加固

為了減少工作面采動(dòng)對兩巷的影響，采取超前打設(shè)單體柱，搭配鉸接梁的支護(hù)方式。根據(jù)動(dòng)壓影響規(guī)律和實(shí)際觀測現(xiàn)場的影響范圍，確定超前支護(hù)范圍為25~30m，每根鉸接梁長1.2m，下方打設(shè)兩根單體柱，間距0.8m，在巷道兩側(cè)及中間打設(shè)三路復(fù)合支護(hù)抬棚，減少對巷道側(cè)幫變形的影響。如圖4。

圖4 超前支護(hù)示意圖

3.3 錨網(wǎng)索復(fù)合支護(hù)

在采煤工作面回采之后，尤其放頂煤之后，原來打設(shè)的錨桿、錨索隨著頂板的破壞垮落，大多數(shù)失去對頂板的懸吊作用，從而造成頂板加固失效，因此，需要通過補(bǔ)打錨索進(jìn)行抗拉補(bǔ)強(qiáng)。設(shè)計(jì)每排錨索打設(shè)3 根，間排距為2m，與舊錨索交錯(cuò)插花布置。每排錨索加固效果各有側(cè)重點(diǎn)，分別加固煤墻側(cè)幫部頂板，減少對煤體的壓力；加固充填體上方頂板，減小材料形變；加固巷道和煤壁對側(cè)巷幫煤墻頂板。錨索選用長度統(tǒng)一定為8m，可加固至直接頂，確保加固效果與懸吊穩(wěn)定性[5]，如圖5 所示。

4 技術(shù)實(shí)效分析

通過采用GPD30 型應(yīng)力感應(yīng)采集裝置進(jìn)行壓力試驗(yàn)，對采集到的作用在填充物上方的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬分析，得到應(yīng)力變化曲線，如圖6所示。經(jīng)過實(shí)測數(shù)據(jù)可知：填充物中的受力是一個(gè)緩慢的動(dòng)壓重新分布平衡過程，當(dāng)工作面回采后，在采空區(qū)10m 范圍內(nèi)開始出現(xiàn)壓力顯現(xiàn)，隨著工作面的推進(jìn)逐漸增大，直至采面切眼距采空區(qū)80m 左右時(shí)，填充物壓力趨于穩(wěn)定，在此過程中，承受最大壓力不超過4MPa。由此可得，注漿充填后，采空區(qū)填充物對頂板起到了很好的支護(hù)作用，緩解了巷道的形變，確保了巷道支護(hù)的完好性，滿足對應(yīng)力的抗壓強(qiáng)度需要。

圖5 頂板錨索補(bǔ)強(qiáng)示意圖

5 結(jié) 語

（1）采取移動(dòng)注漿充填的方法在3307 工作面采空區(qū)進(jìn)行注漿，既能防止3307 工作面采空區(qū)瓦斯涌入3308 巷道內(nèi)，又避免了注漿給3308 工作面采煤造成的不便。

（2）采取充填加固、超前支護(hù)及錨網(wǎng)索復(fù)合支護(hù)等技術(shù)提高沿空留巷頂板的支護(hù)強(qiáng)度，通過對填充物上方的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，填充物對頂板起到支護(hù)作用，有效控制巷道的形變，滿足對應(yīng)力的抗壓強(qiáng)度需要。

圖6 充填體應(yīng)力變化曲線分析