岳城煤礦柔模袋筑模密閉墻施工技術研究

張進濤

（山西晉煤集團沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048205）

采空區密閉墻周圍煤體在礦壓作用下發生破碎產生裂隙漏風，是引起采空區遺煤瓦斯外泄和積聚引起瓦斯事故的主要原因之一。其主要形成機理，是密閉墻所在區域煤體受頂底板采動影響導致的煤體破碎，使閉墻或煤體中出現了裂隙通道，最終造成了采空區瓦斯不可控外泄。因此，加強對采空區閉墻防漏風技術，是實現采空區瓦斯超前預控的重要手段。

1 現場概況

岳城煤礦為高瓦斯礦井，主要開采3#煤層。本次實施采空區密閉墻構筑試驗的4320工作面位于一水平三盤區東部，東部、北部為已回采的4318工作面、2319工作面。工作面服務年限為8.2個月。

1.1 地質條件

4320工作面開采3#煤層，煤層平均厚度6.33 m，煤層傾角-7°～+9°，平均傾角1°，煤層穩定，開采標高為+860～+1025 m之間，3#層煤自燃傾向性等級為不易自燃。工作面走向長度1400.8 m，傾向長度210.5 m，采用走向長壁采煤法，綜采放頂煤開采工藝，工作面可采儲量為2245.2 kt。3#煤層頂、底板巖性見表1。

表1 3#煤層頂、底板巖性

1.2 巷道布置

工作面巷道布置及通風方式見圖1。43203巷和43202巷之間留有30 m寬保護煤柱，每隔50 m布置聯絡巷。掘進巷道時采用噴漿（厚度為150 mm）的方式構筑兩道臨時密閉墻，回采時對43203巷實施沿空留巷，實現工作面整體雙“U”型通風。沿空留巷選擇在巷道內部靠近采空區一側，采用R150 mm×1500 mm板梁搭設“#”字型木垛，回風隅角回風通道斷面高度不小于3.5 m，寬度不小于1.5 m。在聯絡巷以里采空區側建500 mm厚煤袋墻，木垛釘木板，對煤袋墻和木板掛網噴漿厚度為500 mm，以封堵采空區，杜絕采空區漏風。

圖1 4320工作面巷道通風布置

2 現狀分析

目前現場密閉墻采用板墻+掛網+噴漿的工藝，主要材料為水泥和沙，由于施工工藝和通風系統的原因，密閉墻存在以下問題：

（1）施工時間長，用工量大：每次噴漿厚度只能控制在300 mm，這樣完成一道密閉墻需要5天時間。在用工方面，每次噴漿至少需要6人，建一道密閉墻需要30個人；

（2）密閉墻抗壓強度差：由于密閉墻是分次噴漿的，每次噴漿的漿體之間存在縫隙，造成1.5 m厚的密閉墻不是一個整體，墻體受壓后分層，墻體抗壓強度差。

（3）密閉墻往外滲瓦斯，巷道內瓦斯大：該區域通風系統采用多巷通風，工作面每推進過一個橫川后在橫川內建一道密閉墻來封閉采空區，隨著工作面往外推進，回風巷道路線上的密閉墻越來越多，密閉墻受壓變形后出現裂隙，采空區瓦斯滲出，多個密閉墻都往巷道內涌瓦斯，造成巷道內瓦斯大，存在安全隱患。

（4）密閉墻四周與煤體接觸不嚴，存在漏風：多處橫川受壓變形后，造成密閉墻四周與煤體存在縫隙，瓦斯在負壓的作用下會通過縫隙滲出。

3 主要研究內容

針對以上存在問題，制定了本次研究的技術路線見圖2。

圖2 技術路線

4 密閉受力分析

采空區密閉墻的構筑位置和厚度選擇十分重要。采空區密閉墻一般位于采空區和回風聯絡巷之間，主要受到工作面采動影響帶來的頂底板壓力、采空區側向壓力的相互作用，并且以采空區側向支承壓力為主，其壓力分布規律見圖3。

圖3 側向支承壓力分布

由圖3可知，在側向支承壓力和巷道開挖殘余應力的作用下，保護煤柱的邊緣在不同程度上產生變形和破壞，在聯絡巷的巷口附近形成受力較原巖應力低的卸載區域。卸載區的范圍與應力的大小、煤質和煤層開采高度有關，一般情況為1～3 m。支撐壓力區內的應力比原巖應力升高了1～3倍，在頂板活動時期，聯絡巷巷道頂底板移近速度可達10 mm/d以上，有時甚至高達20 ～35 mm/d。多數礦井側向支承壓力嚴重影響范圍為采空區側3～25 m范圍，少數礦井為15～35 m，在此范圍內構建密閉墻，墻體容易被壓裂壓垮。

5 密閉施工方案

針對采空區密閉墻的特點，設計了兩種密閉墻構筑方案：

（1）噴漿筑模法。該方案是在充填體前后加設模板固定，在充填體內直接灌注材料，充填結束后在閉墻表面分次噴漿。其模板基本布置見圖4。

圖4 方案一模板布置

（2）柔模袋筑模法。該方案與方案一相比，是將充填料替換成吊掛柔模袋，由直接填充改為柔模袋填充，其模板布置見圖5。

圖5 方案二模板布置

這兩種方案在技術上均可以實現，但構筑速度和巷道密閉嚴密程度上，采用噴漿筑模法構筑密閉墻可以使充填體與煤巖體完全接觸，部分漿液可注入破碎煤巖體內部，封堵煤巖體中的漏風裂隙，增強煤巖體的抗壓性能。但是這種方法的工藝較為復雜，需首先噴漿筑模，待模板形成后才可灌注充填，因此需要2～3個作業班才可完成。并且構筑模板需要增加噴漿設備，噴漿混凝土材料也需要另外運輸。而柔模袋法充填構筑密閉墻，方案工藝簡單，密閉墻構筑速度快，一般可在1個作業班內完成所有工作，但存在墻體和圍巖接觸不緊密的問題，尤其是圍巖變形破壞嚴重時，可能會出現漏風通道。

經過現場勘查，由于4320工作面聯絡巷巷道頂底板穩定，兩幫煤壁平整，采用柔模袋筑模法構筑密閉墻，墻體與巷道接觸也比較嚴密。另外考慮到綜放工作面推進速度較快，密閉墻構筑任務緊張，從技術對比可知，柔模袋筑模法構筑密閉墻方案較好。

6 密閉施工效果分析

根據設計形成的密閉墻構筑方案和施工工藝，在4320工作面聯絡巷內進行了采空區密閉墻的充填施工。

（1）現場監測發現，滯后工作面50 m位置處時開始構筑密閉墻；之后隨著工作面向前推進，至工作面超前密閉墻150 m時，橫川巷道基本趨于穩定；之后隨著工作面繼續推進，橫川巷道頂底板及兩幫移近量均小于2 mm/d，墻體基本不發生壓縮變形；至工作面推進至超前密閉墻181 m位置處時，橫川巷道的頂底板最大變形量為188 mm，兩幫最大移近量為223 mm。

（2）現場監測發現，充填體凝固時間能夠保持在1小時左右，墻體受力監測顯示，墻體中對拉錨桿所受最大作用力為145 kN；經計算，墻體最大應力為6.4 MPa；工作面推進至超前密閉墻141 m后，墻體應力和錨桿拉力基本趨于穩定。

（3）通過現場瓦斯實測可知，密閉墻構筑后，閉墻前上方瓦斯濃度為0.2%～0.3%，墻內外壓差為10～20 Pa，說明密閉墻密閉效果良好，密閉墻建成后能夠有效封閉采空區，取得了良好的效果。