大采高工作面過頂部平行空巷技術研究

姚 晨

（霍州煤電集團霍寶干河煤礦 ，山西 霍州 031400）

山西晉城地區(qū)主采3#煤層，平均厚度6m，為優(yōu)質(zhì)無煙煤。隨著開采技術成熟，工作面有加長加寬趨勢，以晉煤集團成莊礦為例，2015年之前，工作面傾向長度平均在260m以下，2018年已經(jīng)逐步增加到300m～350m，工作面走向長度由1500m逐步增加到2000m～2500m。由于下一工作面回采巷道、切眼往往提前掘進，工作面設計加長加寬后，必然導致原來掘進的切眼廢棄，在回采中形成空巷，產(chǎn)生不利影響[1～2]。本文以成莊礦5313大采高工作面過原切眼為例，進行過頂部平行空巷技術研究。

1 工程背景

山西省晉煤集團成莊礦5313工作面原設計順槽長度1500m，工作面寬度260m，采用一次采全高全部垮落法后退式采煤方法，在上一工作面5312回采時，回采巷道53131巷、53132巷、切眼已經(jīng)提前掘進完畢。其中切眼掘進采用沿頂掘進方式，初始寬度5m，初始高度3m，然后進行擴幫、起底，最終寬度8m，最終高度6m，目前已經(jīng)進行擴幫，尚未起底。根據(jù)礦方生產(chǎn)計劃，決定將5313工作面走向長度增加到2300m，為保留已經(jīng)掘進的53131巷和53132巷，傾向長度不變。如圖1所示。

當工作面揭露原切眼時，頂部前方8m范圍將形成空頂，且貫穿整個工作面傾向長度，如圖2所示。在超前支承壓力作用下，極容易發(fā)生冒頂事故，對回采造成嚴重威脅，必須進行處理。

圖1 工作面加長示意圖

圖2 支架過原切眼空巷示意圖

2 原切眼空巷工程特性分析

2.1 處理思路

由于采高大、空頂距離大，且貫穿整個工作面，影響極為嚴重，單純采用錨索加強支護、單體柱加強支護、充填支柱，均無法提供確切的安全保障，因此計劃對整個空巷進行充填，使其與頂?shù)装逍纬梢粋€整體，提供更好的承載受力環(huán)境，保證頂板安全。

2.2 工程特性

空巷充填屬于中型充填工程，其工程特性如下：

1）不必要建立地面充填站，可以直接在井下布置充填泵站；

2）空巷充填屬于低壓灌注，對注漿泵流量要求高，對壓力要求較小，需采用大流量注漿泵；

3）預計整巷充填體積6240m3，必須控制單立方充填成本；

4）53131巷一側高于53132一側，平均坡度6°，有利于材料在空巷內(nèi)自流充填.

3 原切眼空巷治理技術方案

3.1 空巷充填材料

采用高水充填材料，分A型和B型，分別加水攪拌，水灰比4∶1，兩種單液漿流動性好、性能穩(wěn)定，可以滿足遠距離輸送，混合后約15min完全失去流動性 ，45min～60min 初 凝 ，1d 強 度 1.1MPa，7d 強 度2.2MPa。

高水充填材料成本1100元/t，水灰比4∶1，充填體密度約1.1m3/t，單位體積材料消耗量0.22t/m3，單位體積充填材料成本約242元/m3，總計材料消耗約150萬元。與搬家倒面相比，具有極大的技術經(jīng)濟優(yōu)勢。

3.2 泵站布置

在53131巷，原切眼往外300m一處硐室內(nèi)布置充填泵站，包括ZBYSB100/20-18.5kW雙液注漿泵1臺，輸漿速度100L/min，JB150電動攪拌桶4個，分為2組，分別用于制作A型和B型漿液，每組2個攪拌桶出口采用三通截止閥連接，通過開關閥門實現(xiàn)間隔制漿，連續(xù)輸漿。

3.3 管路布置

A型和B型兩種漿液單獨輸送，布置兩趟管路，采用DN32高壓膠管，混合管采用1根10m長高壓膠管。

3.4 分段充填方式

為保證充填效果，通過設置隔離擋墻進行分段倒退充填，每60m為一段，分為5段，最后一段20m。為保證每段內(nèi)漿液自流更加充分，在每段頂部設置導流管，倒流管末端鄰近上一段擋墻，如圖3所示。

圖3 空巷內(nèi)分段充填示意圖

4 效果考察

4.1 材料消耗量

提前5個月進行空巷充填作業(yè)，每日3班進行，日充填體積約120m3，累計工期58d。實際消耗高水充填材料1410t，材料成本155萬元。

4.2 充填效果

工作面揭露原切眼空巷時，充填體固結良好，充分接頂，未發(fā)生片幫、冒頂現(xiàn)象，工作面順利通過原切眼僅用2d，實現(xiàn)了過頂板空巷快速安全回采。

工作面通過此區(qū)域時，采高降低至3.2m，盡可能減小充填材料對煤質(zhì)影響。

5 結 論

1）工作面加長后，原切眼形成空巷，對回采產(chǎn)生極為不利的影響，容易發(fā)生冒頂事故；

2）采用高水充填材料，降低了充填成本，采用遠距離泵送、分段充填方式對原切眼空巷進行整巷充填；

3）該充填方式速度快、工期短，工作面僅用2d順利通過原切眼，未發(fā)生片幫、冒頂，實現(xiàn)了過空巷安全快速回采。