綜采工作面過空巷支護技術(shù)研究

（晉能控股煤業(yè)集團王村煤業(yè)公司 山西 037032）

井工開采時受到設(shè)計變更或者小煤窯開采影響，綜采工作面回采時會遇到空巷[1-2]。在綜采工作面采動壓力以及空巷年久失效等因素綜合影響下空巷圍巖裂隙發(fā)育，常出現(xiàn)冒頂、煤壁片幫故障，給礦井生產(chǎn)安全帶來一定威脅。如何確保空巷圍巖穩(wěn)定是確保采面安全過空巷的關(guān)鍵，為此眾多的研究學(xué)者對此進行大量研究。現(xiàn)階段常用的空巷加固方式主要有以下幾種：打設(shè)單體、木垛等對空巷頂板加固；充填空巷加固圍巖；重新開切眼跳過空巷影響區(qū)回采等方式。針對空巷位置、結(jié)構(gòu)以及與采面交匯關(guān)系，采取針對性過空巷技術(shù)措施不僅可提升采面過空巷安全保障能力而且可在一定程度上提升采面生產(chǎn)效率。文中以5603綜采工作面過縱向空巷為工程背景，根據(jù)現(xiàn)場實際情況提出針對性過空巷技術(shù)，現(xiàn)場取得較好應(yīng)用成果。

1.工程概況

山西某礦5603綜采工作面走向推進長度1026m、切眼斜長220m，開采6#煤，厚度4.0m、埋深520m，傾角5°，5#煤層頂?shù)装鍘r性見表1，煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，強度及承載能力較低。5603采面回采范圍內(nèi)煤層賦存條件較好，地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，對回采有顯著影響的為F64斷層（H=2.5m，∠40°），受該斷層影響附近煤巖體破碎、存在一定程度的煤壁片幫、頂板冒頂風(fēng)險。

表1 頂?shù)装鍘r性

受到開采變更影響，5603綜采工作面內(nèi)存在有縱向空巷（5601巷），該空巷影響采面回采長度約585m，該空巷采用錨網(wǎng)索支護技術(shù)，錨桿規(guī)格為φ22mm×2200mm，間排距為1200mm×1200mm；錨索規(guī)格為φ18.6mm×2200mm，間排距為2400mm×2400mm。由于5601巷掘進時間已超過2年且后期未有任何維護，從而導(dǎo)致采面過空巷期間圍巖容易失穩(wěn)，給采面回采安全帶來一定威脅。具體采面與空巷位置關(guān)系見圖1。

圖1 采面與空巷位置關(guān)系

2.空巷圍巖控制技術(shù)

5603綜采工作面過空巷期間面臨的主要問題是空巷圍巖失穩(wěn)，為此如何確保采面過空巷期間圍巖穩(wěn)定時需要重要解決的問題。根據(jù)5601空巷位置、采面地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況并結(jié)合以往研究成果，提出在F64斷層附近采用高水充填方式控制圍巖變形，在其他區(qū)域采取圍巖注漿+單體補強支護方式控制圍巖變形。

(1)高水充填

根據(jù)F64斷層發(fā)育情況以及5601空巷圍巖破碎情況，采用的高水充填范圍為采面推進442m-532m范圍，充填長度共計100m。將空巷充填分為10各區(qū)段、每個區(qū)段長度10m，從空巷端頭向尾部一次充填。每段分割位置采用的長、寬、高分別為長×寬×高=4.5m×2.0m×4.0m。具體充填布置見圖2。在充填過程中采用局部通風(fēng)機通風(fēng)。

圖2 空巷高水充填技術(shù)方案

充填時將主要充填設(shè)備均布置在進風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，涉及到的充填設(shè)備包括有充填泵、攪拌桶、高壓軟管等。由于高水充填材料價格較高，經(jīng)過理論分析發(fā)現(xiàn)高水充填材料強度達到1MPa即可滿足空巷圍巖控制需要。為此，將高水充填材料水灰比確定為8:1。

(2)注漿加固及頂板超前支護

①注漿加固

A.注漿孔布置及注漿時機。在采面推進532m-停采線位置時，采用注漿方式加固圍巖。在空巷巷幫距離底板2000mm、距離頂板1000mm位置分別布置2排注漿鉆孔，注漿鉆孔采用間距為2400mm，兩排注漿鉆孔布置呈三花眼形式，具體注漿鉆孔布置見圖3。注漿孔均垂直巷幫施工，孔深8000mm、孔徑89mm。為了提高注漿效果，在空巷圍巖中發(fā)育有裂隙時開始注漿，根據(jù)前期觀測結(jié)果選擇注漿時機為距采面40m位置。

圖3 注漿孔布置圖

B.注漿工藝。注漿孔施工完畢后，在孔內(nèi)裝入長度8400mm的中空注漿錨桿，待封孔完成后進行全段注漿，注漿完成2-3d后安裝錨桿托盤并施加200kN預(yù)緊力。注漿漿液選用水灰比為2:1的水泥單液漿，注漿半徑為2-4m。當(dāng)圍巖裂隙發(fā)育時將注漿漿液水灰比調(diào)整為1:1。

C.注漿材料。根據(jù)現(xiàn)場裂隙發(fā)育情況以及施工條件，將注漿壓力確定在2-5MPa。注漿時單個注漿孔穩(wěn)壓30min即認為注漿完成。單個注漿孔預(yù)計注入量為600kg。

(3)空巷頂板超前支護

在空巷與采面相距35m時即采用單體支柱、11#工字鋼組成邁步式抬棚對空巷頂板進行支護。在與采面相距20-35m范圍內(nèi)每排布置2根單體；在與采面相距10-20m范圍時每排布置3根單體；在與采面向里10m以內(nèi)時每排布置4根單體。單體排距均為1200mm。通過單體以及11#工字鋼對空巷頂板進行加固，降低采面采動給空巷圍巖控制帶來的不利影響。

3.空巷圍巖加固效果

（1）高水充填效果。在5603綜采工作面過F64斷層影響帶附近時，由于5601空巷采用高水充填材料充填，采面在過空巷期間空巷圍巖保持穩(wěn)定。在空巷附近支架工作阻力進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)液壓支架工作阻力與正常區(qū)域支架阻力變化情況基本一致?？障锔浇Ъ芄ぷ髯枇εc其他位置支架工作阻力差值在150kN以內(nèi)，空巷頂板最大下沉量為120mm，不會對采面回采帶來不利影響。表明采用高水充填方式可為采面過空巷創(chuàng)造良好條件。

（2）注漿加固效果。采用鉆孔窺視儀對注漿前后空巷圍巖裂隙發(fā)育情況進行窺視，具體見圖4。從圖中看出，注漿前空巷圍巖內(nèi)發(fā)育有縱橫交錯的裂隙，圍巖強度及穩(wěn)定性均較低；經(jīng)過注漿后空巷圍巖裂隙被注漿漿液充填，注漿起到顯著的圍巖加固作用。

圖4 空巷圍巖注漿前后裂隙鉆孔窺視結(jié)果

在采面過注漿加固段空巷期間，空巷頂板未出現(xiàn)冒頂、巷幫未出現(xiàn)片幫等問題。采取的注漿加固方式可確保采面過空巷安全。

4.總結(jié)

依據(jù)5603綜采工作面開采地質(zhì)條件、與縱向空巷（5601巷）位置關(guān)系及空巷支護結(jié)構(gòu)，提出采用空巷充填以及圍巖注漿方式過空巷，并具體對充填及注漿加固方式進行詳細設(shè)計，現(xiàn)場應(yīng)用取得較好成果。取得如下主要結(jié)論：（1）受到開采設(shè)計變更影響，5603綜采工作面內(nèi)沿著煤層走向方向布置的5601空巷，該空巷在采面內(nèi)走向長度達到585m，給采面高效回采有顯著的不利影響。同時受到F64斷層影響，空巷部分區(qū)域圍巖穩(wěn)定性及承載能力較差。（2）為了確保安全、高效過5601空巷，提出在F64斷層影響帶附近采用高水充填方式控制圍巖變形，在其他區(qū)域采用注漿方式控制圍巖變形，并具體對空巷加固方案進行設(shè)計。（3）現(xiàn)場應(yīng)用后，5603工作面過空巷期間空巷圍巖始終保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)冒頂、片幫等事故，為采面過空巷創(chuàng)造了良好條件。