大采高工作面過(guò)空巷高水材料充填技術(shù)實(shí)踐

趙少軍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)成莊礦，山西 晉城 048000）

1 工程概況

5314 工作面開(kāi)采3#煤層，采高約6.0 m，走向長(zhǎng)度1 455 m，傾向長(zhǎng)度356 m，是成莊礦第一個(gè)大采高超長(zhǎng)綜采工作面。初期在進(jìn)行工作面設(shè)計(jì)時(shí)，由于對(duì)應(yīng)地表存在村莊，計(jì)劃進(jìn)行甩刀把作業(yè)，將工作面長(zhǎng)度由356 m縮減至167.5 m，繞過(guò)村莊后恢復(fù)正常。后期村莊順利搬遷，5314 工作面不需要進(jìn)行甩刀把作業(yè)，但是需要提前對(duì)工作面內(nèi)53141進(jìn)風(fēng)巷和53146 進(jìn)風(fēng)巷之間的7 條聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行處理，空巷長(zhǎng)度在24～50 m，斷面高度3.8～4.6 m，斷面寬度5.0～6.5 m，5314 工作面空巷群位置見(jiàn)圖1。

圖1 5314 工作面空巷位置

2 過(guò)空巷技術(shù)分析

2.1 方案優(yōu)選

工作面過(guò)空巷一直是煤礦開(kāi)采中的技術(shù)難題。傳統(tǒng)的過(guò)空巷方法主要包括：木垛支護(hù)法、錨桿（索）補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)法、二次開(kāi)切眼法、空巷充填支護(hù)法，其各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。5314 工作面存在采面長(zhǎng)、采高大、礦壓顯現(xiàn)劇烈等特點(diǎn)，同時(shí)面臨空巷數(shù)量多、斷面尺寸大、影響范圍較廣等問(wèn)題。工作面推近至此類(lèi)空巷前方時(shí)，巷道將整體承受工作面超前支承壓力的影響，對(duì)巷道整體穩(wěn)定性造成極大的威脅。為確保5314 工作面安全高效通過(guò)空巷區(qū)域，綜合考慮，最終確定高水材料空巷充填為最優(yōu)方案[1-4]。

表1 過(guò)空巷方案比較

2.2 空巷充填模擬分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)建立數(shù)值模型，對(duì)5314 工作面空巷未充填處理（a）、充填處理（b）兩種方案下空巷圍巖應(yīng)力分布情況進(jìn)行數(shù)值模擬分析，見(jiàn)圖2。

圖2 5314 工作面空巷圍巖應(yīng)力分布情況模擬分析

模擬結(jié)果表明，空巷采取高水材料充填方案與未充填方案相比，空巷圍巖應(yīng)力分布情況差異較大，主要體現(xiàn)在應(yīng)力峰值大小與位置?？障锍涮詈?，巷道圍巖應(yīng)力峰值減小明顯，峰值位置與空巷煤幫距離同步減小，充分說(shuō)明空巷充填可明顯降低圍巖應(yīng)力峰值，改善圍巖受力狀態(tài)，表明空巷充填是保障工作面安全高效通過(guò)空巷區(qū)域的有效技術(shù)手段。

3 空巷充填技術(shù)

3.1 充填系統(tǒng)

充填系統(tǒng)由2 臺(tái)定容水箱、2 臺(tái)高速制漿機(jī)、2 個(gè)盛漿桶、1 臺(tái)充填泵及相關(guān)管路連接而成，見(jiàn)圖3。制漿工藝主要包括：水箱精確供水→人工加料、高速制漿機(jī)攪拌→高速制漿機(jī)排漿、水箱自動(dòng)供水→下一個(gè)制漿循環(huán)。

圖3 空巷充填系統(tǒng)

3.2 現(xiàn)場(chǎng)施工

53141 巷與53146 巷間有A2—A8 七個(gè)橫川。A8 作為回風(fēng)橫川使用，其他橫川兩端已施工板墻并噴漿處理，現(xiàn)場(chǎng)充分利用已有板墻進(jìn)行充填作業(yè)?？紤]到空巷長(zhǎng)度適中，僅需在板墻處開(kāi)孔，懸掛混合管至最高點(diǎn)作為出漿口，通過(guò)充填泵遠(yuǎn)距離泵送。A2—A7 橫川總空間850 m3左右，共消耗充填材料257 t，用17 個(gè)班完成了橫川全部充填工作。空巷揭露后充填體固結(jié)情況見(jiàn)圖4。

圖4 充填體固結(jié)情況

4 輔助措施

為了確保工作面過(guò)空巷期間的安全,現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格考核充填體成型、接頂效果，同時(shí)，在全巷充填的基礎(chǔ)上制定了一系列工作面過(guò)空巷期間的輔助措施。

1）排查關(guān)鍵設(shè)備隱患。工作面推進(jìn)至空巷之前，安排專(zhuān)人對(duì)液壓支架、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行檢修，確保立柱、推移千斤頂?shù)冗\(yùn)行正常，避免在工作面過(guò)空巷期間出現(xiàn)設(shè)備故障，影響正常進(jìn)度。

2）空巷影響區(qū)域提前注高水材料。在工作面進(jìn)入空巷區(qū)域之前，安排人員在空巷間煤柱打孔注高水材料，以提高煤巖體完整性；同時(shí)，在工作面過(guò)空巷期間，安排人員在工作面頂板及煤幫破碎區(qū)域補(bǔ)注高水材料，提前預(yù)防冒頂事故發(fā)生。

3）加強(qiáng)空巷影響區(qū)域超前支護(hù)工作。適當(dāng)增加超前支護(hù)強(qiáng)度和超前支護(hù)距離[5-8]。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)5314 工作面現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及空巷分布情況，確定采用高水材料充填技術(shù)解決采面過(guò)空巷難題；充分利用現(xiàn)場(chǎng)便利條件，優(yōu)化充填管路布置；提前進(jìn)行工作面機(jī)電設(shè)備檢修、化學(xué)材料預(yù)注漿、加強(qiáng)超前支護(hù)等多種輔助措施，確保了工作面過(guò)空巷期間的安全。