放頂煤工作面的沿頂垂直空巷充填工藝

高赟躍

（晉城煤業(yè)集團(tuán)趙莊煤業(yè)，山西 晉城 048000)

工作面過空巷基本分為兩大類：第一類是資源整合礦井在布置正規(guī)采面時(shí)，需通過前期不正規(guī)采掘、巷式開采形成的空巷，這類空巷大多支護(hù)質(zhì)量差或者無支護(hù)；第二類是由于礦井產(chǎn)能擴(kuò)大等原因，工作面加寬加長，原來一部分回采巷道在工作面內(nèi)部形成空巷，這類空巷大多經(jīng)過支護(hù)，維護(hù)狀態(tài)良好[1-2]。根據(jù)其位置可分為頂板空巷、沿頂空巷、沿底空巷、底板空巷；按照其形態(tài)可分為完整空巷、半冒落空巷、完全冒落空巷；按照與工作面交叉角度可分為平行空巷、斜交空巷、垂直空巷[3-5]。不同類型空巷對(duì)工作面回采影響程度不一，治理方法也多有不同。本文以趙莊二號(hào)井2305放頂煤工作面過沿頂垂直空巷為例，介紹了過空巷充填工藝。

1 工程背景

趙莊二號(hào)井西盤區(qū)目前開采3#煤層，煤層平均厚度4.8m，采用放頂煤開采方式，采高2.8m，放煤高度2m。受地質(zhì)構(gòu)造影響，2305短工作面原設(shè)計(jì)傾向?qū)挾?06m，走向長度212m，并已經(jīng)掘進(jìn)了23051巷和23052巷兩條順槽，23051順槽進(jìn)風(fēng)，23052順槽回風(fēng)，均沿煤層底板掘進(jìn)。在后期進(jìn)一步評(píng)估地質(zhì)構(gòu)造危害后，在回采進(jìn)度142m位置決定加寬工作面，傾向?qū)挾仍黾拥?51m，并新掘進(jìn)1條順槽23053巷，23051和23052順槽進(jìn)風(fēng)，23053順槽回風(fēng)，分為兩個(gè)階段回采，導(dǎo)致23052巷在工作面中部形成空巷。如圖1所示。

圖1 工作面巷道位置關(guān)系示意圖

23052空巷毛寬5.3m，毛高3.3m，沿頂掘進(jìn)，留有底煤，巷道支護(hù)強(qiáng)度較高，將來工作面回采至第二階段時(shí)，預(yù)計(jì)有4～5架揭露空巷。支架在對(duì)應(yīng)23052巷區(qū)域形成空頂，并且一直保持到工作面回采結(jié)束，如圖2所示。超前支承壓力作用下，空頂區(qū)域有可能發(fā)生冒頂事故，造成安全隱患。因此計(jì)劃針對(duì)2305工作面第二階段23052空巷治理問題展開研究。

圖2 過空巷支架不接頂示意圖

2 解決思路

目前存在的主要問題是過空巷時(shí)4～5架不能接頂，容易誘發(fā)冒頂，必須對(duì)空巷進(jìn)行處理，解決思路有4個(gè)：

（1）在空巷位置沿頂回采，使支架接頂，向機(jī)頭和機(jī)尾逐步過渡臥底；

（2）在回采期間，在支架上方人工打設(shè)木垛接頂；

（3）整巷充填，再造煤壁和頂板；

（4）頂部充填，降低空巷頂板高度，使支架能夠接頂。

分析認(rèn)為：第（1）種方式會(huì)造成工作面形成兩個(gè)“凹”形，損失大量的底三角煤；第（2）種方式工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)系數(shù)高，木垛可縮變形大，容易產(chǎn)生滑移，不利于頂板維護(hù)；第（3）種方式最為安全，但需要消耗大量的充填材料，成本極大；第（4）種方式只需要消耗較少的充填材料，且頂部完全充實(shí)，工作面可沿底回采，同時(shí)煤體堅(jiān)硬，煤壁片幫問題影響較小，為最優(yōu)方式。

頂部充填方式關(guān)鍵在于頂部充填材料和充填工藝，應(yīng)滿足廉價(jià)、輕質(zhì)、適當(dāng)強(qiáng)度、充分接頂、快速施工的要求。

3 頂部充填實(shí)施方案

3.1 充填高度

煤層平均厚度4.8m，工作面沿底回采，采高2.8m，支架最大支撐高度3.2m，空巷沿頂掘進(jìn)，空巷頂板需要充填高度1.6m，才可以保證支架與充填體充分接觸。

3.2 模板支設(shè)

采用柔膜袋分段充填方式，5m一段：

（1）在距離空巷頂板1.6m位置在兩幫開槽，槽深400mm，然后放入一根5.6m長板梁，板梁間距1m，在板梁上方鋪鋼筋網(wǎng)和木板，形成一個(gè)半封閉充填空間。

（2）將制作的柔膜袋吊掛在充填空間內(nèi)，并充氣鼓脹。柔膜袋采用風(fēng)筒布制作，尺寸長×寬×高=5.2m×5.5m×1.8m，柔膜袋尺寸相對(duì)于充填空間略有富余，以適應(yīng)充填空間不平整。頂部四周加工吊環(huán)，便于懸掛，頂部加工2個(gè)袖口，一個(gè)用于進(jìn)料/充氣，一個(gè)用于排氣。如圖3所示。

圖3 充填柔膜袋示意圖

3.3 充填材料

充填材料采用高水充填材料，分為A型和B型，使用時(shí)加水?dāng)嚢瑁冶?:1，雙液混合后，約20min失去流動(dòng)性，2h強(qiáng)度1.25MPa，3d強(qiáng)度2.12MPa，28d強(qiáng)度3.98MPa，材料消耗量 305kg/m3。

在充填最后階段，加入一定的物理發(fā)泡劑，使充填材料具備10%左右膨脹率，能夠充分接頂。

3.4 充填設(shè)備

采用ZBYSB200/20-18.5kW液壓注漿泵和JB300型電動(dòng)攪拌桶。攪拌桶4個(gè)，A料兩個(gè)，B料兩個(gè)，1個(gè)桶制漿，1個(gè)桶供漿，以實(shí)現(xiàn)間歇制漿、連續(xù)供漿。注漿泵主要參數(shù)見表1所示。

3.5 充填工藝

（1）每班開始前，先支設(shè)模板，吊掛充填柔膜袋，在板梁下方支設(shè)單體柱，同時(shí)清洗設(shè)備管路，備料制漿；

（2）柔膜袋充氣，將充填混合管插入進(jìn)料/充氣口，開始充填；

（3）時(shí)刻關(guān)注充填進(jìn)度，距頂部剩余200mm時(shí)，加入物理發(fā)泡劑，使充填體主動(dòng)膨脹接頂；

（4）排氣口返漿時(shí)，結(jié)束充填，扎緊排氣口，沖洗管路設(shè)備。

表1 ZBYSB200/20-18.5型液壓注漿泵主要參數(shù)

4 工程量及效果

4.1 工程量

每天半班支設(shè)模板，1班充填，充1個(gè)柔膜袋，充填長度5m，體積約62m3，充填時(shí)間6小時(shí)。工程共耗時(shí)18d，總充填體積594m3，消耗充填材料180t，高水材料單價(jià)1400元/噸，材料成本25.2萬元。

4.2 效果

（1）每日純充填時(shí)間6小時(shí)，充填體積62m3，充填效率較高；

（2）充填體在充填過程中逐步硬化，流動(dòng)漿液高度約200mm，有效保證了充填體穩(wěn)定；

（3）充填體頂部膨脹接頂良好；

（4）工作面通過時(shí)，支架接頂良好，未發(fā)生空頂、冒頂現(xiàn)象，工作阻力與其他區(qū)域無明顯區(qū)別；

（5）工作面支架后方，充填體快速下沉、折斷，未在后方形成懸頂，工作面安全順利通過。

5 結(jié)論

（1）2305工作面過沿頂垂直空巷存在的主要問題是支架不能接頂，存在冒頂風(fēng)險(xiǎn)。采用對(duì)空巷頂部充填，使支架能夠充分接頂，提高支架工作阻力，節(jié)約材料消耗量。

（2）設(shè)計(jì)了頂部充填方案，采用支設(shè)頂部模板，吊掛充填柔膜袋方式，充填高度1.6m，水灰比3∶1，最終強(qiáng)度3.98MPa。

（3）僅消耗180t充填材料，充填效率高，充填體硬化和膨脹接頂良好，支架通過時(shí)充分接頂，工作阻力正常，支架后方頂板正常垮落，未形成懸頂，工作面順利通過。