大采高工作面過空巷高水材料充填技術實踐

趙少軍

（晉能控股煤業集團成莊礦，山西 晉城 048000）

1 工程概況

5314 工作面開采3#煤層，采高約6.0 m，走向長度1 455 m，傾向長度356 m，是成莊礦第一個大采高超長綜采工作面。初期在進行工作面設計時，由于對應地表存在村莊，計劃進行甩刀把作業，將工作面長度由356 m縮減至167.5 m，繞過村莊后恢復正常。后期村莊順利搬遷，5314 工作面不需要進行甩刀把作業，但是需要提前對工作面內53141進風巷和53146 進風巷之間的7 條聯絡巷進行處理，空巷長度在24～50 m，斷面高度3.8～4.6 m，斷面寬度5.0～6.5 m，5314 工作面空巷群位置見圖1。

圖1 5314 工作面空巷位置

2 過空巷技術分析

2.1 方案優選

工作面過空巷一直是煤礦開采中的技術難題。傳統的過空巷方法主要包括：木垛支護法、錨桿（索）補強支護法、二次開切眼法、空巷充填支護法，其各自優缺點見表1。5314 工作面存在采面長、采高大、礦壓顯現劇烈等特點，同時面臨空巷數量多、斷面尺寸大、影響范圍較廣等問題。工作面推近至此類空巷前方時，巷道將整體承受工作面超前支承壓力的影響，對巷道整體穩定性造成極大的威脅。為確保5314 工作面安全高效通過空巷區域，綜合考慮，最終確定高水材料空巷充填為最優方案[1-4]。

表1 過空巷方案比較

2.2 空巷充填模擬分析

根據現場調研數據建立數值模型，對5314 工作面空巷未充填處理（a）、充填處理（b）兩種方案下空巷圍巖應力分布情況進行數值模擬分析，見圖2。

圖2 5314 工作面空巷圍巖應力分布情況模擬分析

模擬結果表明，空巷采取高水材料充填方案與未充填方案相比，空巷圍巖應力分布情況差異較大，主要體現在應力峰值大小與位置。空巷充填后，巷道圍巖應力峰值減小明顯，峰值位置與空巷煤幫距離同步減小，充分說明空巷充填可明顯降低圍巖應力峰值，改善圍巖受力狀態，表明空巷充填是保障工作面安全高效通過空巷區域的有效技術手段。

3 空巷充填技術

3.1 充填系統

充填系統由2 臺定容水箱、2 臺高速制漿機、2 個盛漿桶、1 臺充填泵及相關管路連接而成，見圖3。制漿工藝主要包括：水箱精確供水→人工加料、高速制漿機攪拌→高速制漿機排漿、水箱自動供水→下一個制漿循環。

圖3 空巷充填系統

3.2 現場施工

53141 巷與53146 巷間有A2—A8 七個橫川。A8 作為回風橫川使用，其他橫川兩端已施工板墻并噴漿處理，現場充分利用已有板墻進行充填作業。考慮到空巷長度適中，僅需在板墻處開孔，懸掛混合管至最高點作為出漿口，通過充填泵遠距離泵送。A2—A7 橫川總空間850 m3左右，共消耗充填材料257 t，用17 個班完成了橫川全部充填工作。空巷揭露后充填體固結情況見圖4。

圖4 充填體固結情況

4 輔助措施

為了確保工作面過空巷期間的安全,現場嚴格考核充填體成型、接頂效果，同時，在全巷充填的基礎上制定了一系列工作面過空巷期間的輔助措施。

1）排查關鍵設備隱患。工作面推進至空巷之前，安排專人對液壓支架、破碎機、轉載機等關鍵設備進行檢修，確保立柱、推移千斤頂等運行正常，避免在工作面過空巷期間出現設備故障，影響正常進度。

2）空巷影響區域提前注高水材料。在工作面進入空巷區域之前，安排人員在空巷間煤柱打孔注高水材料，以提高煤巖體完整性；同時，在工作面過空巷期間，安排人員在工作面頂板及煤幫破碎區域補注高水材料，提前預防冒頂事故發生。

3）加強空巷影響區域超前支護工作。適當增加超前支護強度和超前支護距離[5-8]。

5 結語

根據5314 工作面現場地質條件及空巷分布情況，確定采用高水材料充填技術解決采面過空巷難題；充分利用現場便利條件，優化充填管路布置；提前進行工作面機電設備檢修、化學材料預注漿、加強超前支護等多種輔助措施，確保了工作面過空巷期間的安全。