綜放工作面過空巷技術研究

趙太國

（山西汾西正旺煤業有限責任公司，山西 孝義 032311）

1 工程概況

山西某礦3508綜放工作面開采的3-1煤層厚度平均6.9 m，傾角2°～8°，采高3.0 m，放煤高度3.9 m，采放比為1∶1.3。3508綜放工作面設計推進長度896 m、斜長225 m，埋深平均320 m。回采時采用的采煤機型號為SL-500、液壓支架型號為ZL15000/27.5/42，前排、后排刮板輸送機型號分別為42×1000×268ACF、42×1250×268AC。3-1煤頂直接頂為厚度6.5 m砂質泥巖、泥巖互層，基本頂為厚度16.9 m的細粒砂巖、粗砂巖，直接底為厚度4.7 m的砂質泥巖。

受到礦井開采設計變更影響，在采面回采范圍內存在有空巷，巷寬為5.4 m、巷高為3.5 m，空巷與3508綜放工作面回風巷間有68°夾角，具體位置關系見圖1。采面內空巷原采用錨網索聯合支護工藝。受到3508綜放工作面開采影響，采面接近空巷期間在采動動壓影響下空巷容易出現大面積冒落，給采面回采安全帶來巨大威脅。

2 空巷泵送支柱技術

2.1 泵送支護參數確定

泵送支柱技術由于支護強度高、支護面積大等優點，在煤礦井下回采巷道補強支護中應用較為廣泛，可顯著控制巷道頂板下沉量。支柱主要結構包括有充填袋、無極充填材料等，其中無機充填材料主要有礦粉、硅灰以及硅酸鹽水泥等按照一定的配比混合而成，采用專用的充填泵填充到充填袋內，無極材料凝結后形成強度高的支柱，有效支撐頂板。泵送支柱相對于木垛、錨桿、高水充填等支護材料，具有讓壓變形能力強、支護強度及殘余支撐強度高等優點，同時便于采煤機后續切割。

圖1 采面與空巷位置關系

在3508綜放工作面空巷內布置兩排泵送支柱對空巷頂板進行補強支護，充填支柱直徑為1 000 mm，高度根據巷高確定，間距均為10.0 m、排距為3.0 m，即兩排充填支柱與巷幫間距均為1.2 m。具體泵送支柱布置見圖2。

2.2 充填材料性能分析

現場采用的充填材料由A、B兩種材料組成，其中A材料以石灰為主、B材料主要為高嶺土，充填過程中A、B兩種材料按照1∶1的質量比配合。由于選用的充填材料均為阻燃、無毒的無機礦粉，在使用過程中不會給作業人員身體健康帶來明顯威脅。充填過程中選用的材料消耗量小。

圖2 泵送支柱布置示意圖（單位：mm）

為了掌握泵送支柱性能，對泵送支柱進行模擬分析。制作的圓柱直徑、高度分別為200 mm、600 mm，泵送充填材料按照1∶1.2至1∶1.4的水灰質量比進行，充填材料凝結耗時3～7 min，充填漿液重量容重為1 300～1 500 kg/m3。對圓柱進行壓力試驗，測試周期為20 d，從而掌握泵送充填材料強度變化情況，具體各時間范圍內充填支柱強度變化情況見表1。

表1 充填支柱強度變化情況

從強度測試結果看出，泵送充填材料充填完成2 h后泵送支柱強度即可達到1.3 MPa，24 h后泵送支柱抗壓強度即可達到3.8 MPa，充填完成后21 d時抗壓強度達到15.6 MPa，充填材料具有較高的強度，可滿足對空巷頂板的支撐需要。

2.3 施工工藝

空巷內泵送支柱施工方向為3508主運巷至3508回風巷，在支柱施工點布置一臺螺桿泵進行充填，螺桿泵額定工作電壓為660 V，輸出流量、壓力分別為40 m3/h、0.8 MPa。鋪設的注漿管管徑為DN25 mm。在空巷內按照設計位置懸掛、固定充填袋。

3 工程實踐

在3508綜放工作面過空巷期間，采用泵送支柱對空巷頂板巖層進行補強支護。隨著采面與空巷間距縮小，空巷受到采面采動動壓影響較為顯著，采面過空巷期間共計出現2次較為明顯的動壓顯現情況，采面內液壓支架工作阻力均顯著提升。由于采用泵送支柱對空巷頂板進行補強加固，在采面來壓期間空巷頂板、底板及巷幫巖層均較為穩定，其中頂板、巷幫最大變形量分別為280 mm、156 mm，均在允許范圍內。在采面過空巷期間充填支柱未出現傾倒、失穩等跡象，可以抵抗采動動壓影響。

4 結論

1）泵送支柱與頂底板接觸面積大、強度高，可將頂板壓力通過支護傳遞給底板，不僅可滿足動壓影響巷道頂板支撐需要而且可降低巷道底板底鼓量，為采面過空巷創造良好條件。為了確保采面回采安全，將泵送支柱應用到3508綜放工作面空巷頂板控制中，并根據采面、空巷情況對支護參數進行設計。

2）現場采用的泵送充填材料具有無毒、強度高、便于充填等優點，充填完成2 h后材料強度即可達到1.3 MPa、24 h后強度達到3.8 MPa、21 d后強度達到15.6 MPa，可滿足空巷頂板控制需要。

2）現場應用后，由于采用泵送支柱控制空巷圍巖變形，在采面過空巷期間未出現頂板冒頂、巷幫片幫、底鼓等現象，空巷圍巖保持穩定，取得了顯著應用效果。