充填體支護技術在綜采工作面過空巷時的應用

常晚戰

（山西沁和能源集團南凹寺煤業有限公司，山西 晉城 048000）

1 概況

南凹寺煤礦5314 工作面為綜采工作面，該工作面回采巷道由5 條巷道構成。其中53144 巷是回風巷，53142 巷作為工作面運輸巷兼做副進風巷，53143 巷是工作面主進風巷兼做皮帶巷，53146 巷與53141 巷是兩條長度為650m 的順槽空巷。工作面內有7 條高5.m、寬3.8m 的聯絡巷，53146 巷與53141 巷迎頭為長約200m 的工作面平行切眼。由于工作面內巷道數目多，且斷面較大，易導致壓溜與冒頂事故，影響工作面安全回采。

2 過空巷工藝

2.1 對接切眼處深孔注漿施工

沿工作面對接切眼處煤壁側及53146 順槽空巷幫部向工作面煤體施工直徑42mm、深度為35m 的注漿鉆孔。巷道兩幫分別打設兩排鉆孔，鉆孔以“三花”的形式布置。上排鉆孔距離巷道底板2.9m，水平布置，孔間距為6.5m；下排鉆孔距離巷道底板1.3m，孔仰角為3°，孔間距為6.5m。上下排施工的第一個鉆孔分別距巷口8m 及5m。總計施工的鉆孔數目為194 個，合計鉆進量為5820m。當工作面推進至鉆孔50m 時，進行注漿加固。圖1 表示的是鉆孔布置方式。

圖1 鉆孔布置示意圖

（1）鉆孔施工

為保證工程進度，注漿鉆孔需提前鉆孔，鉆孔施工完成之后及時將注漿導流管與封孔鋼管插入鉆孔，并進行封孔，待回采面推進到距離注漿鉆孔約50 m 處時開始注漿。

（2）封孔工藝

由于不同位置的鉆孔布置方式有所不同，故需使用不同注漿管組合方案。為預防巷旁破碎區漏漿，鉆孔孔口處的封孔管為3 節6 分無縫鋼管連接而成，封孔長度是6m，鉆孔內其余部分使用34mm 的PE管護孔以預防塌孔堵塞注漿通道。PE 管護孔長度為24m，鋼管與PE 管使用插接方式連接。為預防塌孔，鉆孔施工完畢后需將注漿管插入鉆孔并封孔以防止注漿時孔口漏漿，影響加固效果[1-4]。圖2 為封孔方法。將鐵絲纏繞在封孔所用的前后兩節鋼管上，進行固定焊接，然后把棉紗纏繞在兩節鋼管上，插入鉆孔中，封孔鋼管旁邊插一根型號為1416、長度為6m 的鋁塑管作導流管。使用聯邦加固Ⅰ號封孔材料進行封孔。設備選用2ZBQ50 /20雙液氣動注漿泵。

回采工作面推進到離鉆孔約50m 處時注漿。根據現場實際情況，若漏漿較嚴重，則適當降低注漿壓力。單孔原則上以注不進時停止注漿。

圖2 封孔方法

2.2 空巷充填支柱

充填支柱材料需符合以下3 個條件：1）水灰比為1.1～1.4:1，每立方耗費材料的重量為560kg。為防止出現漲袋、鼓包等問題，材料的膠凝時間與固化時間需分別滿足4～6min、14～21min，實現快速凝固。2）支護材料1d 強度大于4MPa，7d 強度大于13MPa，最終強度大于15MPa，雙液泵送充填，單液保存時間為2h，以最大程度降低堵管風險。3）充填材料中使用無機發泡材料，膨脹率要大于16%，以保證充填體擁有一定讓壓特性。

（1）53141 順槽空巷充填支柱布置

53141 巷長660m，前210m 打設錨索進行補強，不進行支柱支護，剩余450m 巷道采用充填支柱支護。沿巷道走向每排設兩個支柱，排間距是1.6m，支柱距離巷道兩幫1m。充填支柱高度4m，直徑1.1m。整條巷道共需要布置310 個支柱。在對接切眼和53141 巷的交叉點處設15 個直徑為1.2m 的充填支柱。圖3 為53141 巷支柱布置示意圖。

圖3 53141 巷支柱示意圖

（2）53146 順槽空巷充填支柱布置

53146 巷長540m，前200m 打設錨索進行補強，不進行支柱支護，剩余340m 巷道采用充填支柱支護。沿巷道走向每排設兩個支柱，柱排間距是1.5m，支柱距離巷道兩幫1m。充填支柱高度4m，直徑1.1m。整條巷道共需要布置250 個支柱。圖4為53141 巷支柱布置示意圖。

圖4 垂直工作面53146 巷支柱示意圖

（3）對接切眼空巷充填支柱布置

對接切眼空巷長度約為190m，與工作面傾向平行，該巷道按不同區段充填支柱布置方案不同：1）切眼與53412 巷交叉處，該段長11m，高4.5m，寬12m，按切眼方向布置4 列直徑為1.5m 的充填支柱。支柱間排距為1m×1m，距煤壁的距離均為1m，區域內共布置17 個支柱。2）空巷起坡段長度為8m，該段巷道高度逐漸降低至3.9m。該段按切眼走向每排打設三個支柱，排間距是1.6m，支護距回采側煤幫及另一側煤幫的距離分別為0.8m、1.2m。該巷道中部打設1.4m 直徑的支柱，近幫側則采用1m 直徑支柱。3）在里程20～190m 巷高一致的巷道區域，選取4m 高的支柱。該段支柱布置與巷道起坡段布設方法一樣。圖5 為對接切眼空巷支柱布置示意圖，該條巷道共計布置210 個支柱。

（4）53146 巷及53141 巷之間聯絡巷道充填支柱布置

53146 及53141 進風巷間的聯絡巷支柱依其走向每排設兩個支柱，每排間距是1.6m，支柱距回采幫0.8m，平行設置兩排支柱。靠近回采側的支柱直徑1.2m，另一側支柱直徑1.1m。聯絡巷口設3排共計14 個直徑1.2m 的支柱，橫川口設28 個直徑1.2m 的支柱、24 個直徑1.1m 的支柱，排間距是1m×1m。圖6 為聯絡巷支柱示意圖。

圖5 對接切眼空巷支柱示意圖

圖6 聯絡巷充填支柱示意圖

2.3 錨索工字鋼補強

用錨索吊掛工字鋼的支護形式對53141 巷及53146 巷頂板進行支護補強，即采用4-3-4 錨索布置代替原來的2-1-2 布置。補強施工所采用的工字鋼長3m。在工作面側按1-0-1 打設一排鎖口錨索對接切眼頂板進行補強，即采用8-7-8 取代原來的5-4-5，工字鋼長也是3m。

3 效果

在實際開采推進過程中有效控制了空巷變形量，在距離煤壁10m 以外的范圍，最大底臌和幫臌變形量均為0.5m，壓力得到釋放，有效地保證了頂板及煤體的支護強度。在通過660m 空巷時的推進速度和正常推進速度幾乎一樣，平均推進速度為220m 每月。每月煤炭開采量穩定保持在50 萬t，推進速度和開采量都得到了很好的保障。由于煤體頂板得到了很好的控制，壓溜事故和頂板塌落現象大幅減小，保證了推進過程中機電設備的平穩性，進一步確保推進正常進行和安全生產。