30203 運輸順槽注漿充填過老空區的試驗

田 帥

（晉能控股煤業集團荊寶礦，山西 長治 046299）

我國大量已經關閉的小煤窯一般采用留設大量煤柱或以掘代采方式開采煤炭，造成了大量優質資源浪費和破壞。隨著對小煤窯的關停和整合，原有的老空區、空巷直接影響到整合后剩余煤炭資源的安全回收[1-5]。本文以荊寶煤業30203 運輸順槽局部揭露老空區為工程背景，基于現場實際探測資料，設計提出了超前注漿充填+金屬前探梁臨時支護+工字鋼棚、錨網索永久支護的注漿充填過老空區技術，為類似條件巷道掘進過老空區提供借鑒。

1 工程概況

30203 工作面開采3#煤，煤層厚5.62 m，堅固性系數1.9～2.0，煤層直接頂為砂質泥巖，基本頂為細粒砂巖，直接底為砂質泥巖，基本底為細砂巖。30203 運輸順槽設計長度164 m，巷道標高+830～+840 m，巷道開口于二采區皮帶運輸巷587 m 處東幫。30203 運輸順槽掘進工作面東為3502 工作面采空區，西為二采區皮帶運輸巷，南為往年舊采空區，北為30202 回風順槽。30203 運輸順槽與30202 回風順槽平行，與原花寶溝煤礦采空區（2003年開采）以隔離煤柱相鄰。30203 運輸順槽掘進至92 m 時，在前方34 m 探透采空區，繼續向前掘進23 m后，停止掘進，對采空區注漿充填。巷道沿頂掘進，掘進至126 m 處，巷道右側頂板上方揭露老空區，由于揭露老空位置沿掘進方向前方地勢較高，導致第一次注漿充填材料倒流至揭露地點老空區的外側，未能將巷道掘進揭露范圍內的老空區充填嚴實。

2 注漿充填過老空區技術

30203 運輸順槽局部揭露老空區，基于現場實際探測資料，設計提出了采用超前注漿充填+金屬前探梁臨時支護+工字鋼棚、錨網索永久支護的注漿充填過老空區技術通過老空區。

2.1 老空區超前注漿充填

由于30203 運輸順槽揭露的老空方向與巷道掘進方向呈平行狀態，且老空直接頂已經冒落，若30203 運輸順槽繼續沿煤層頂板掘進，將導致注漿充填材料充斥整個掘進斷面，巷道掘進成巷效率低，不利于施工安全和頂板管理。因此，將原計劃30203 運輸順槽沿頂掘進過老空區改為沿底掘進。

設計采用鉆孔式注漿充填法（第二次注漿）進行超前注漿充填，注漿孔眼口高度布置在距巷道頂板向下1～1.5 m 左右。根據巷道寬度均勻布置3 個注漿孔，分別為左20°孔、中孔、右20°孔，實現對正前方老空區及其兩幫向外5～10 m 的區域進行全覆蓋。鉆孔角度可根據老空位置進行調整，注漿孔Φ50 mm，鉆孔深度以探測到空巷為準。注漿孔內埋入直徑1.5 寸的鋼管作為注漿管，注漿管長10 m。超前注漿充填斷面如圖1。充填注漿材料采用鋁基高固水材料，水灰比3:1，初凝時間2 min，材料7 d 后強度增長緩慢，凝固強度為2～4 MPa。

圖1 過老空超前注漿充填斷面圖

2.2 金屬前探梁臨時支護

30203 運輸順槽過老空區期間，采用金屬前探梁進行臨時支護，采用U 形卡將前探梁固定在棚梁上的凹槽內。U 形卡采用2 cm 厚的鋼板焊制，U 形卡兩側分別焊制2 套16 mm×50 mm 螺栓。兩側螺栓緊固后，使其卡在工字鋼的凹槽內固定。如圖2。

圖2 過老空期間金屬前探梁臨時支護圖（mm）

2.3 工字鋼棚、錨網索永久支護

在30203 運輸順槽過老空期間，若巷道頂幫均為煤體，設計采用梯形工字鋼棚、錨網索進行永久支護，棚距為800 mm，錨桿Ф20 mm、長度2400 mm，錨索Ф18.9 mm、長度8300 mm，錨桿間排距為800 mm×800 mm，錨索間排距為1400 mm×800 mm。若頂幫為注漿材料，設計采用工字鋼棚進行永久支護，棚距為500 mm，采用U 形固定卡固定棚腿，每側棚腿采用3 副U 形卡固定；每間隔3 架工字鋼棚，固定1 架工字鋼棚棚腿，固定棚腿的U 形卡采用40 板鐵制作，每副卡箍采用2 套Φ20 mm×2000 mm 螺紋鋼錨桿將卡箍與棚腿固定在巷幫。工字鋼棚支護圖如圖3，錨網索加強支護如圖4。

圖3 過老空期間工字鋼棚支護圖（mm）

圖4 錨網索加強支護圖（mm）

3 現場試驗

將開發的注漿充填過老空區技術在30203 運輸順槽進行現場試驗。在30203 運輸順槽過老空前（119～126 m 范圍）采用錨網索、工字鋼棚復合支護，錨網索排距為800 mm，棚距為800 mm。30203 運輸順槽過老空期間，在126～130 m 范圍為實體煤掘進，該段采用錨網索、工字鋼棚復合支護，錨網索排距為800 mm，工字鋼棚棚距500 mm，兩者交替布置；在130～142 m 范圍，巷道頂板和右幫為注漿材料，僅采用工字鋼棚支護，工字鋼棚棚距500 mm；30203 運輸順槽142 m 處鉆探前方為實體煤，作為過老空區終點位置，為了加強老空區兩側頂板支護強度，在老空區終點位置繼續架棚7 架，棚距為800 mm。

30203 運輸順槽采用注漿材料充填老空，8 d安全通過了老空區，過老空長度為16 m，注漿量30.975 t（第二次注漿），注漿充填體積為154.875 m3，架設工字鋼棚51 架，其中35 架棚距為500 mm，16 架棚距為800 mm。相比采用錨網索、構筑密閉墻過老空區，注漿充填過老空區技術有效簡化了施工工藝，縮短了施工周期，且過老空區巷道維護效果顯著，表明充填過老空區技術的優越性和合理性。試驗巷道揭露采空區平面圖如圖5。

圖5 試驗巷道揭露采空區平面圖（m）

4 結論

荊寶煤業30203 運輸順槽局部揭露老空區，基于現場實際探測資料，提出采用超前注漿充填+金屬前探梁臨時支護+工字鋼棚、錨網索永久支護進行過老空區。在過老空區期間，若巷道頂幫均為煤體，采用錨網索、工字鋼棚進行永久支護；若頂幫為注漿材料，設計采用單一工字鋼棚進行永久支護，僅用8 d 時間便安全通過了老空區。該技術簡化了施工工藝，縮短了施工周期，實現了過老空區域頂幫的安全控制。