工作面過斜交穿層空巷充填技術(shù)研究

柴文軍

（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司三礦，山西 陽泉 045000）

山西省煤礦資源整合前，長期存在小煤礦無序開采現(xiàn)象，巷道布置錯(cuò)綜復(fù)雜，使用后未經(jīng)處理直接廢棄。廢棄空巷種類繁多，根據(jù)空巷層位，可以劃分為頂板空巷、煤層空巷、底板空巷、穿層空巷；根據(jù)空巷與工作面夾角，可以分為平行空巷、垂直空巷、斜交空巷；根據(jù)空巷冒落狀態(tài)，可以分為完整空巷、半冒落空巷、完全冒落空巷[1]；根據(jù)空巷坡度變化，可以分為水平空巷、傾斜空巷、起伏空巷?，F(xiàn)場空巷類型多為幾種分類方式的組合，對(duì)回采的主要影響是瓦斯積聚、水患、片幫冒頂、支架下沉，且大多不可進(jìn)入，給治理帶來了較大的困難，造成極大的安全隱患。目前對(duì)于空巷治理已有較多的工程實(shí)踐，但工程條件各異，針對(duì)特殊條件下空巷治理經(jīng)驗(yàn)仍顯不足[2]。本文以陽煤集團(tuán)三礦整合煤礦泰昌公司1506工作面過斜交穿層空巷為工程背景，對(duì)空巷工程特性進(jìn)行分析并進(jìn)行治理，以期為特殊條件下過空巷提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

陽煤集團(tuán)泰昌公司1506工作面回收大巷兩側(cè)保護(hù)煤柱，西側(cè)保護(hù)煤柱寬度95m，東側(cè)80m，工作面傾向180m，布置1506進(jìn)風(fēng)和1506回風(fēng)兩條順槽，正計(jì)劃回采。開采煤層為15#煤層，平均厚度5.8m，采用放頂煤采煤法，采高2.8m，放煤高度3m，煤層走向上近水平，傾向上傾角3°，1506回風(fēng)順槽一側(cè)略高。在回采進(jìn)度160m位置，預(yù)計(jì)將在工作面中部揭露1條斜交穿層空巷，如圖1所示。

圖1 空巷與工作面位置關(guān)系示意圖

空巷為資源整合前遺留，已經(jīng)廢棄，長度遠(yuǎn)大于工作面傾向長度。工作面與空巷交叉點(diǎn)附近對(duì)回采影響較大，將會(huì)出現(xiàn)支架傾斜、下沉現(xiàn)象，且探測到空巷內(nèi)瓦斯含量高，因此必須進(jìn)行處理。

2 空巷隔離擋墻設(shè)置

為了防止回采到空巷時(shí)支架下沉，瓦斯積聚，必須對(duì)交叉點(diǎn)附近空巷進(jìn)行充填，但存在2個(gè)問題：

1）空巷長度大，下部必須設(shè)置擋墻隔離。根據(jù)老工人描述，空巷長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工作面傾向長度，約1000m，且傾角大，約13°，如果直接進(jìn)行充填，漿液會(huì)隨著空巷傾斜方向自流，充填范圍不可預(yù)測，材料消耗量極大，必須對(duì)空巷下部進(jìn)行封堵隔離；

2）空巷不可進(jìn)入。前期從大巷對(duì)下方空巷打鉆探測，采用鉆孔電視發(fā)現(xiàn)空巷內(nèi)變形量較大，探測到瓦斯?jié)舛容^大，不可進(jìn)入，也不可與現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)連通；

由上述2個(gè)問題可以看出，空巷治理的技術(shù)關(guān)鍵在于：在無法進(jìn)入的前提下，如何在空巷內(nèi)設(shè)置擋墻隔離，防止充填材料漿液向更遠(yuǎn)處流動(dòng)。工作面中部大巷為施工提供了可行性，大巷目前維護(hù)狀況良好，允許人員進(jìn)入和施工作業(yè)，計(jì)劃從大巷內(nèi)向空巷施工底板鉆孔，通過鉆孔輸送大顆粒骨料輔以高稠度漿液填充，進(jìn)行擋墻設(shè)置，然后再進(jìn)行空巷充填。

圖2 鉆孔布置方式示意圖

表1 鉆孔施工參數(shù)表

根據(jù)1506工作面底板條件和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為當(dāng)?shù)装搴穸炔蛔?m時(shí)，存在支架沉陷風(fēng)險(xiǎn)，必須進(jìn)行充填。因此，以工作面底板與空巷垂直距離7m為界，在該位置附近設(shè)置隔離擋墻。

在大巷內(nèi)布置鉆場，設(shè)計(jì)3排底板鉆孔，分別編號(hào)為 A、B、C，每排 3 個(gè)，分別編號(hào)為 A1#、A2#、A3#、B1#、B2#、B3#、C1#、C2#、C3#，鉆孔穿透空巷頂板，對(duì)擋墻位置進(jìn)行3段覆蓋式布置，鉆孔布置方式如圖2所示，鉆孔參數(shù)見表1所示。

分步堆積實(shí)施步驟：

1）首先施工 A1#、A2#、A3# 鉆孔，為護(hù)孔并減小骨料運(yùn)輸阻力，鉆孔內(nèi)下直徑108mm鋼管作為套管，采用1cm左右粒徑的石子作為骨料，利用噴漿機(jī)作為動(dòng)力，使石子進(jìn)入空巷內(nèi)形成堆積，過程中適當(dāng)摻入細(xì)沙，填補(bǔ)骨料堆積縫隙，最后采用高強(qiáng)速凝材料制作漿液進(jìn)行填充，形成前端A擋墻；

2）然后施工 C1#、C2#、C3# 鉆孔，按照上述方式形成后端C擋墻；

3）最后施工中部 B1#、B2#、B3# 鉆孔，在前后端A、C擋墻的基礎(chǔ)上向上堆積，形成中部B擋墻，三堵?lián)鯄Τ伞捌贰弊中味逊e，如圖3所示；

4）擋墻施工完畢后，利用鉆孔進(jìn)行窺視，確保接頂良好。

圖3 擋墻分步堆積示意圖

3 分段充填技術(shù)方案

3.1 分段方式及依據(jù)

分段的主要依據(jù)是所需充填體功能不同，分為3段，D段、E段、F段，D段上邊界為擋墻頂部水平線，下邊界為擋墻；E段下邊界為D段上邊界，上邊界為距離煤層底板下方2m；F段下邊界為E段上邊界，上邊界為交叉點(diǎn)煤層上邊界水平線。如圖4所示。

圖4 分段充填分段方式示意圖

分段依據(jù)：D段主要考慮擋墻不嚴(yán)密，漏漿問題；F段主要考慮支架下方底板強(qiáng)度和充填體再塑煤幫強(qiáng)度；E段對(duì)支架影響并不大，主要考慮成本問題。因此，D段應(yīng)采取和F段需采用速凝高強(qiáng)度充填體，E段可以采用低強(qiáng)度充填體。

3.2 充填材料

根據(jù)分段充填方式中D段、E段、F段對(duì)充填體性能的不同要求，配置兩種充填材料，一種為高強(qiáng)速凝材料，使用水灰比1.2∶1，一種為高水充填材料，使用水灰比3∶1，兩種材料性能對(duì)比見表2。

表2 兩種充填材料性能參數(shù)表

3.3 分段充填過程及效果考察

分段充填過程：在大巷內(nèi)通過鉆孔、插管方式對(duì)各段進(jìn)行充填，如圖4所示鉆孔。首先根據(jù)各段體積估算充填材料用量，在充填過程中配合鉆孔電視觀察，以保證分段充填大致準(zhǔn)確。

效果考察：空巷寬度6m，總計(jì)工期25d，D段充填體積 637m3，E段充填體積478m3，F(xiàn)段充填體積256m3，共計(jì)充填 1371m3，消耗高強(qiáng)速凝材料 650t，消耗高水充填材料85t。工作面到達(dá)空巷時(shí)，充填體強(qiáng)度足夠，幫部直立，未發(fā)生片幫、冒頂現(xiàn)象，用時(shí)1.5d順利通過。

4 結(jié) 論

1）1506工作面與穿層空巷斜交，帶來支架傾斜、下沉，瓦斯積聚隱患，必須進(jìn)行充填處理；

2）在工作面中部大巷內(nèi)鉆孔輸送石子、細(xì)沙、漿液分段堆積，解決了空巷底部隔離擋墻設(shè)置問題；

3）根據(jù)各部分充填體功能不同，進(jìn)行了分段充填設(shè)計(jì)，并介紹了高強(qiáng)速凝材料和高水充填材料兩種材料；

4）效果考察表明，總計(jì)工期25d，共計(jì)充填1371m3，消耗高強(qiáng)速凝材料650t，消耗高水充填材料85t。工作面到達(dá)空巷時(shí)，未發(fā)生片幫、冒頂現(xiàn)象，用時(shí)1.5d順利通過，充填效果良好。