趙莊煤業(yè)廢棄立井快速回填技術(shù)研究

宋曉雷

（晉城煤業(yè)集團(tuán)趙莊煤業(yè)，山西 晉城 048000）

2008 年煤礦資源整合前，小煤窯遺留大量廢棄井筒和巷道。資源整合后，煤礦布置正規(guī)工作面，掘進(jìn)和回采過程中需要揭露這些井筒和巷道，給生產(chǎn)帶來不同程度威脅[1-3]。趙莊煤業(yè)五盤區(qū)5305 工作面在布置回采巷道時(shí)，巷道穿過了原小煤窯廢棄井筒，交叉點(diǎn)周邊破碎嚴(yán)重，可能發(fā)生冒頂事故，并且離切眼較近，工作面急于回采，施工工期比較緊張。以此為工程背景，展開廢棄立井快速回填技術(shù)研究。

1 工程背景

趙莊煤業(yè)五盤區(qū)開采3#煤層，平均厚度5 m，走向和傾向上近水平。5305 工作面設(shè)計(jì)開采長(zhǎng)度1500 m，傾向長(zhǎng)度220 m，采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤法。

工作面布置一條運(yùn)輸順槽和一條回風(fēng)順槽，設(shè)計(jì)寬度3.1 m，高度3.4 m?；仫L(fēng)順槽采用架棚與錨索聯(lián)合支護(hù)，正常區(qū)域棚間距1 m，特殊地質(zhì)區(qū)域棚間距0.7 m。錨索型號(hào)Ф17.8 mm，SKP18×1/1860-7300，矩形布置，每排布置兩根，間距1.5 m，排距1.4 m，預(yù)緊力不小于150 kN。巷道支護(hù)示意如圖1 所示。

圖1 特殊區(qū)域架棚錨索聯(lián)合支護(hù)示意圖

5305 回風(fēng)順槽在距離切眼50 m 處，正上方揭露原小煤窯廢棄井筒。井筒直徑2.5 m，深度122 m。下方馬頭門與巷道交叉點(diǎn)頂板十分破碎、淋水，錨桿、索銹蝕嚴(yán)重。采用密集工字鋼加單體柱支撐方式支護(hù)，上方空洞打木垛填充。廢棄井筒與巷道位置關(guān)系如圖2 所示。

圖2 廢棄井筒與巷道位置關(guān)系

2 井筒危害分析及處理方式

2.1 井筒危害

（2）動(dòng)壓影響冒頂風(fēng)險(xiǎn)。將來工作面要通過該區(qū)域，強(qiáng)烈采動(dòng)影響會(huì)造成井筒附近頂板結(jié)構(gòu)破壞加劇，存在嚴(yán)重的落石、冒頂風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 處理方式

廢棄立井筒的充填一般為部分充填和全部充填兩種選擇。

部分充填方式，僅對(duì)井筒底部起30 m 高度進(jìn)行充填，即可滿足巷道頂板安全使用要求。該方式材料消耗少，工期短，但上部未充部分后期可能有積水等不利影響。

全部充填方式，材料消耗量較大，但安全性最好。分為兩步：（1）底部采用高強(qiáng)度注漿材料填充，形成抗沖擊底座；（2）上部采用低強(qiáng)度充填材料充填，或者是碎矸石配合低強(qiáng)度充填材料充填，實(shí)現(xiàn)全部充填。

綜合考慮，決定選擇全部充填方式。但廢棄井筒位置離切眼僅50 m，工作面急于回采，施工工期20 d，必須采取快速施工技術(shù)，以滿足使用要求。

3 廢棄井筒快速充填方案

3.1 交叉點(diǎn)頂板注漿加固

井筒與巷道交叉點(diǎn)附近頂板十分破碎，為避免井筒充填時(shí)發(fā)生嚴(yán)重的漏漿，甚至壓垮頂板，必須首先對(duì)交叉點(diǎn)兩側(cè)各5 m 頂板破碎區(qū)進(jìn)行注漿封閉加固。加固區(qū)域?yàn)閳D2中井筒兩側(cè)“5 m頂板破碎區(qū)”。注漿采用力行注漿材料。

鉆孔布置：頂板毛寬度3.1 m，但井筒附近巷道寬度約4 m，按照4 m 寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)。鉆孔設(shè)計(jì)排距3 m，每排3 個(gè)鉆孔，間距1.5 m。兩側(cè)鉆孔距離幫部0.5 m，與垂直方向夾角5°，中間鉆孔垂直于頂板，孔深均為10 m，孔徑均為75 mm。鉆孔布置如圖3 所示。

圖3 頂板鉆孔布置示意圖

3.2 井筒分段充填方案

井筒總深度122 m，計(jì)劃采取三段充填。底部抗沖擊底座高度15 m，中部“矸石+充填材料”膠結(jié)高度102 m，頂部混凝土封頂高度5 m。

2018年秋季，第一批零零后大學(xué)高職生邁入了高校大門。2000年前后出生的青年人處在國家社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)文化發(fā)展迅速，社會(huì)物質(zhì)生活水平有著很大提高的社會(huì)。良好的生活環(huán)境和社會(huì)條件使他們的成長(zhǎng)道路相對(duì)平坦和順利。然而，地區(qū)發(fā)展的不平衡性、激烈的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)和來自學(xué)校、社會(huì)和家庭的壓力，也使得新一代高職生的心理健康問題在不同領(lǐng)域顯現(xiàn)出來，對(duì)這些新生以后進(jìn)入社會(huì)是否能夠承受找工作帶來的各種壓力、能夠面對(duì)挫折，以及遇到挫折后應(yīng)該怎樣對(duì)待問題及處理的方式方法都是值得思考的問題[1]。因此，有必要了解他們的心理健康問題，分析產(chǎn)生的原因，并采取相應(yīng)的措施，這是做好新形勢(shì)下高職生心理健康教育工作的重要環(huán)節(jié)。

（1）底部抗沖擊底座

井筒底部為倒錐形，且下部為空洞，容易漏漿。采用速凝快硬的注漿材料及時(shí)形成底座，具備不小于20 MPa 強(qiáng)度。

底座設(shè)計(jì)高度15 m，為安全考慮，采用分段注漿充填方式。第一段充填高度為2 m，第二段充填高度5 m，第三段充填高度8 m。如圖4 所示。

采用力行注漿材料，水灰比0.7:1。每段充填間隔不小于4 h，以保障注漿材料強(qiáng)度增長(zhǎng)到20 MPa以上。

（2）中部“矸石+充填材料”膠結(jié)

為節(jié)約成本，中部主體采用矸石，矸石之間縫隙采用充填材料膠結(jié)。

從地面井口位置向下布置注漿管，為避免矸石砸壞、砸扁注漿管，影響將來注漿，采用Ф50 mm無縫鋼管，2 m/根，絲扣連接，一直下到底座上端。布置2 組鋼管，每組總長(zhǎng)度102 m，鋼管要求每隔0.5 m 開一組對(duì)穿孔，孔徑10 mm，便于后退充填時(shí)漿液有足夠通道進(jìn)入碎矸空隙里。

圖4 底部抗沖擊底座分段充填示意圖

將矸石從井口用鏟車倒入井筒內(nèi)，矸石破碎成Ф200 mm 以下最佳，一方面可以減小對(duì)底座沖擊，另一方面與漿液有更好的結(jié)合效果。矸石填滿后，在地面制漿進(jìn)行碎矸縫隙充填?！绊肥?充填材料”膠結(jié)示意圖如圖5 所示。

圖5 “矸石+充填材料”膠結(jié)示意圖

（3）頂部混凝土封頂

為防止充填體風(fēng)化和井口雨水滲入，井口最后階段采用混凝土封頂，封頂高度5 m?；炷烈鬄閺?qiáng)度等級(jí)C30，骨料顆粒小于20 mm，坍落度100～150 mm 的流動(dòng)性混凝土。

充填高度5 m，體積約25 m3。

3.3 注漿、充填材料

共采用了2 種速凝材料。交叉區(qū)附近破碎頂板注漿和抗沖擊底座采用力行注漿材料，中部“矸石+充填材料”采用力行充填材料。

力行注漿材料為無機(jī)材料，分為A 型和B 型，粉末狀，水灰比0.7:1。兩種材料混合前2 h 不稠化、不沉淀，混合后1～3 min 失去流動(dòng)性，8～15 min 終凝，4 h 即可具備20 MPa 以上強(qiáng)度，7 d 最終強(qiáng)度27 MPa。

力行充填材料為無機(jī)材料，分為A 型和B 型，粉末狀，使用水灰比3:1。兩種材料混合前6 h 不稠化、不沉淀，混合后保持20～40 min 良好流動(dòng)性，可以在矸石裂隙中充分?jǐn)U散，4 h 強(qiáng)度約1.2 MPa，7 d 最終強(qiáng)度5 MPa。

4 效果考察

4.1 實(shí)施過程

井筒總體積為598.5 m3，共消耗力行注漿材料85 t，消耗力行充填材料141 t，矸石690 t，C30 混凝土25 m3。

所采用的注漿、充填材料均具備速凝早強(qiáng)特性，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)施工，施工時(shí)間7 d，封頂混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間7 d，共14 d 工期，工作面開始回采。

4.2 交叉點(diǎn)巷道表面位移觀測(cè)

在交叉點(diǎn)附近巷道內(nèi)，布置3 組“十”字表面位移測(cè)點(diǎn)，并在正常區(qū)域布置3 個(gè)測(cè)點(diǎn)作為對(duì)比。觀測(cè)期限為充填完畢至工作面推過前。觀測(cè)結(jié)果表明，交叉點(diǎn)附近兩幫移近量約130 mm，頂板下沉量約180 mm，正常區(qū)域兩幫移近量約120 mm，頂板下沉量約120 mm。交叉點(diǎn)變形略大，但頂板完好，工作面順利通過，未發(fā)生冒頂現(xiàn)象。

4.3 充填體整體下沉觀測(cè)

在井口做觀測(cè)標(biāo)記，觀測(cè)充填體整體下沉量。觀測(cè)期限為充填完畢至工作面推過前。觀測(cè)結(jié)果表明，充填體未發(fā)生明顯下沉。工作面推過后，受巖層垮落影響，充填體與井筒有整體下沉跡象，但兩者未發(fā)生錯(cuò)層現(xiàn)象。

5 結(jié)論

（1）回采巷道揭露廢棄立井，存在頂板淋水、動(dòng)壓影響冒頂風(fēng)險(xiǎn)，采用底部抗沖擊底座、中部“矸石+充填材料”膠結(jié)、頂部混凝土封頂實(shí)施方案。

（2）采用力行注漿材料、力行充填材料兩種速凝早強(qiáng)材料，解決了工期緊迫、連續(xù)施工問題，實(shí)施工期14 d。

（3）效果考察表明，在充填完畢至工作面推過前，頂板總下沉量180 mm，頂板完整，未發(fā)生冒頂現(xiàn)象，工作面順利推過，充填體與井筒未發(fā)生錯(cuò)層下沉現(xiàn)象。