西曲礦18403 工作面構(gòu)筑密閉墻新工藝的實(shí)踐

趙瑞峰

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司西曲礦，山西 古交030200）

0 引 言

根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)相關(guān)規(guī)定，采煤工作面回采結(jié)束后，必須在45 天內(nèi)撤出一切設(shè)備、材料，并進(jìn)行永久性封閉[1-3]。西曲礦以往采用砌筑料石墻的方式進(jìn)行密閉，該方法存在機(jī)械化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，密閉效率低，施工安全性差，墻體強(qiáng)度低，密閉效果差等缺點(diǎn)，工作面來壓時(shí)密閉墻體容易被壓垮，產(chǎn)生裂隙，導(dǎo)致工作面采空區(qū)瓦斯溢出，空氣進(jìn)入采空區(qū)導(dǎo)致采空區(qū)遺煤氧化自燃，給礦井生產(chǎn)造成安全隱患。為解決以上問題，特引入高水充填材料構(gòu)筑快速密閉墻的新工藝，該技術(shù)具有機(jī)械化程度高、施工工藝簡(jiǎn)單、易于操作、墻體強(qiáng)度高、密閉效果好等優(yōu)點(diǎn)。采用高水充填材料[4-5]構(gòu)筑快速密閉墻技術(shù)的成功應(yīng)用將對(duì)西曲礦安全高效生產(chǎn)具有重要的意義。

1 工作面情況及存在的問題

1.1 工作面情況

西曲礦18403 工作面井下位于南四盤區(qū)南部，西鄰永樹曲村，東部為南983 運(yùn)輸大巷，南部為未開采的18402 工作面。北部為已回采完的18404 工作面。工作面上覆4#煤14402、14403 采空區(qū)，層間距為52～60m；2.3#煤12403、12404 和12405 采空區(qū)，層間距為65～70m。

18403 工作面平面圖如圖所示，該工作面于2019年5 月27 日開始回采，2020 年4 月3 日鋪網(wǎng)收尾結(jié)束，2020 年4 月4 日開始回撤工作面，5 月12 日回撤結(jié)束。

18403 工作面開采8#煤層，煤層平均厚度4.05m，煤層自燃傾向性為Ⅱ類自燃，8#煤層頂部局部含一層0.40m 的泥巖偽頂，直接頂板為2.40m 的石灰?guī)r，直接底板為1.54m 的細(xì)粒砂巖。正、副巷正常地段設(shè)計(jì)斷面為矩形，寬4.5m，高3.5m。

1.2 存在的問題

為滿足工作面回采結(jié)束須在45 天內(nèi)封閉工作面的要求，18403 工作面正、副巷密閉墻施工工期只有7天，如果采用以往施工料石墻的方式封閉工作面，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成幾乎不可能。具體原因如下，1）、料石密閉墻施工前，需對(duì)巷道頂?shù)装寮皟蓭瓦M(jìn)行掏槽：頂板掏槽不少于500mm，兩幫不少于1 000mm，底板掏到實(shí)底（不少于1 000mm），掏槽后，密閉墻尺寸為6 500mm（寬）×5 000mm（高）×3 000mm（厚），根據(jù)本礦的工程經(jīng)驗(yàn)，料石密閉墻厚度最少為3m，一般為5m。以3m 厚的墻為例分析，人工運(yùn)料到密閉位置需用3 天、掏槽需用3 天，施工密閉前的準(zhǔn)備時(shí)間需用1 天，施工密閉時(shí)間需用3 天，工期最少需10 天。2）、以往施工的料石墻，整體性差，密封效果不好，后期常常出現(xiàn)密閉漏風(fēng)等問題。為解決以上問題，有必要引入快速構(gòu)筑密閉墻的工藝。

圖1 18403 工作面平面圖

2 新工藝的應(yīng)用

高水材料充填的密閉墻，整體性能好，且與一般的水泥類材料相比，高水充填材料具有以下特點(diǎn)[3-4]：凝結(jié)時(shí)間短，在水灰比1.5：1 的條件下，2h 強(qiáng)度可達(dá)2.5MPa，7d 強(qiáng)度可達(dá)8MPa 以上；塑性好；凝結(jié)體具有微膨脹性；單位體積充填材料用量少。

2.1 掏槽及支護(hù)方案

掏槽方案如圖所示，技術(shù)參數(shù)如下：

頂板：頂板掏槽長(zhǎng)×寬×深=3 000mm×6 100mm×300mm，錨桿間排距為1 200mm×1 000mm，鋪設(shè)金屬菱形網(wǎng)；兩幫：兩幫掏槽長(zhǎng)×寬×深=3 000mm×4 300mm×800mm，打設(shè)φ20mm×L1 800mm 的無縱肋螺紋鋼錨桿支護(hù)，每排4 根，間排距為1 000mm×1 000mm，鋪設(shè)金屬菱形網(wǎng)；底板：底板掏槽長(zhǎng)×寬=3 000mm×6 100mm，深度以掏到煤層實(shí)底為準(zhǔn)（約500mm）。

圖2 掏槽斷面支護(hù)三視圖

2.2 充填袋立模及支護(hù)

根據(jù)掏槽尺寸可知密閉充填尺寸為寬×高×厚=6 100mm×4 300mm×3 000mm，為保證充填質(zhì)量，提高接頂效果，保證密閉質(zhì)量，設(shè)計(jì)采用上下兩個(gè)充填袋進(jìn)行充填，下部充填袋尺寸為寬×高×厚=6 500mm×2 800mm×3 300mm，充填下部充填體尺寸為寬×高×厚=6 100mm×2 500mm×3 000mm；上部充填袋尺寸為寬×高×厚=6 500mm×2 100mm×3 300mm，充填上部充填體尺寸為寬×高×厚=6 100mm×1 800mm×3 000mm。

充填墻體靠近采空區(qū)一側(cè)用木點(diǎn)柱加直徑6.5mm 鋼筋網(wǎng)背實(shí)，木點(diǎn)柱間距500mm，靠近四下專用回風(fēng)巷一側(cè)用單體液壓支柱加直徑6.5mm 鋼筋網(wǎng)背實(shí)，單體間距800mm，如圖所示（對(duì)于靠近采空區(qū)一側(cè)，為防止充填過程中脹袋、漏漿，宜準(zhǔn)備部分大板，立模時(shí)將大板加在鋼筋網(wǎng)與木點(diǎn)柱之間）。鋼筋網(wǎng)用10#鐵絲壓茬連接。待充填體凝固后，拆除四下專用回風(fēng)巷側(cè)單體液壓支柱。

圖3 充填密閉墻體示意圖

為了增加密閉墻體的承載能力和抗橫向變形能力，在密閉墻體內(nèi)布置對(duì)拉錨桿加固充填體，對(duì)拉錨桿間排距為750mm×800mm，最下面1 排距底800mm，最上面1 排距頂500mm，兩端對(duì)拉錨桿距邊1 450mm，如圖4 所示。對(duì)拉錨桿采用φ22mm 的螺紋鋼材料制作，配套高強(qiáng)螺母（不加塑料擋板），采用φ14 圓鋼焊制的3.3m 長(zhǎng)鋼筋梯子梁。

圖4 密閉墻體加強(qiáng)支護(hù)圖

2.3 施工工期

5 月12 日—5 月14 日正巷、副巷密閉位置掏槽，5 月14 日乙班，副巷側(cè)密閉位置開始立模，5 月15 日13 時(shí)立模完畢；13 時(shí)30 分開始充填，于20 時(shí)30 分充填完畢，歷時(shí)7h；5 月16 日乙班，正巷側(cè)密閉位置開始立模，5 月18 日13 時(shí)立模完畢；14 時(shí)開始充填，于5 月18 日20 時(shí)充填完畢，歷時(shí)6h。整個(gè)密閉墻施工耗時(shí)6d，保證了采空區(qū)的及時(shí)封閉，滿足了安全生產(chǎn)的要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)效果分析

密閉墻從施工開始到結(jié)束，耗時(shí)少，機(jī)械化程度高，減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。為了檢驗(yàn)高水材料充填的密閉墻效果，選定了60 天作為觀察期，具體效果分析如下：

1）墻體變形情況。60 天內(nèi)，墻體變形量很小，頂?shù)装逡平考s為43mm，兩幫收斂值約為78mm，礦壓顯現(xiàn)已趨于穩(wěn)定。

2）漏風(fēng)情況。60 天內(nèi)，密閉墻體強(qiáng)度高，未出現(xiàn)開裂情況，無漏風(fēng)量。

3）瓦斯?jié)舛惹闆r。如圖所示，瓦斯?jié)舛仍谟^測(cè)期內(nèi)分布在0.05%～0.3%之間，未超限，符合安全生產(chǎn)的要求。

圖5 密閉墻瓦斯?jié)舛葓D

4 不足與改進(jìn)

1）密閉位置掏槽后，兩幫與頂板成型差，尤其靠近回采幫一側(cè)，媒體酥松，稍微有點(diǎn)滾幫現(xiàn)象，且未及時(shí)補(bǔ)掛幫網(wǎng)頂網(wǎng)；掏槽后，由于部分支護(hù)錨桿錨索外露長(zhǎng)度大于50mm，導(dǎo)致充填袋有破損現(xiàn)象發(fā)生。密閉墻充填前的準(zhǔn)備時(shí)間過長(zhǎng)，影響了整個(gè)充填進(jìn)度。

2）為保證密閉墻的快速施工，縮短工作面封閉的時(shí)間，今后本部門將從掏槽開始，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，確保及時(shí)補(bǔ)掛網(wǎng)，避免因滾幫造成充填袋無法正常使用。

3）為避免充填袋被捅破，今后吊掛充填袋時(shí)，及時(shí)組織相關(guān)部門驗(yàn)收錨桿錨索外露長(zhǎng)度是否符合要求等隱蔽工程。

5 結(jié) 論

本文主要通過工程實(shí)踐、數(shù)據(jù)對(duì)比等方法，引入了高水充填材料構(gòu)筑的快速密閉墻施工工藝，取得了良好的效果，該工藝機(jī)械化程度高，耗時(shí)短，極大地減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。該工藝的成功實(shí)踐，將對(duì)本礦類似地質(zhì)條件下工作面密閉墻的快速構(gòu)筑具有參考價(jià)值。