周 明
(國家能源集團神東煤炭錦界煤礦,陜西 榆林 719319)
錦界煤礦位于榆神礦區(qū)東北部,井田面積141.87 km2,地質(zhì)可采儲量13.1 億t,核定能力1800 萬t/a。31116 工作面位于31 煤層,一盤區(qū)集中輔運大巷北側(cè)。工作面煤層平均厚度3.33 m,煤層厚度穩(wěn)定,傾向北西,傾角1°~2°,整體呈寬緩的單斜構(gòu)造。采用綜合機械化一次采全高,全部垮落法管理頂板。工作面切眼前方有兩條平行于切眼的空巷,大小一致,如圖1??障镩L度205 m,矩形斷面,高×寬=3.3 m×4.6 m。
為了保證31116 綜采工作面順利通過空巷,必須對過空巷前后圍巖及時控制。針對31116 綜采工作面的地質(zhì)和空巷實況,決定采用高水材料充填過空巷方案[1-6]。
高水材料的A 料和B 料按照1:1 配比使用。利用FLAC3D軟件對31116 綜采工作面切眼前方空巷應用分布進行數(shù)值模擬分析,綜合充填體材料受力及成本因素,對充填體強度分別為1 MPa、2 MPa、3 MPa、4 MPa 時進行數(shù)值模擬分析。綜合可知,當高水材料水灰比為3:1 時,充填體具有較好的受力特性,充填體成本較為合理。
ZBYSB700/8-55 型雙液注漿泵為臥式雙作用往復式活塞泵,可進行雙液注漿,注漿比為1:1;攪拌桶采用JBl500 型電動攪拌桶。
兩條空巷充填空間5762 m3,工期20 d,每天按充填10 h 計,每分鐘充填量480 L。該型號泵排漿量700 L/min,可以滿足要求。攪拌桶共計兩組,每組兩個,一組攪拌成漿,一組上料。根據(jù)經(jīng)驗,每組上料時間5 min,制漿效率600 L/min,可以滿足要求。
本次充填方案采用鉆孔插管灌注充填法對空巷二巷先進行充填施工,具體方案如下。
3.1.1 灌注鉆孔施工
從空巷一巷向空巷二巷施工鉆孔,鉆孔布置圖如圖2。鉆孔參數(shù):鉆孔角度水平,鉆孔間距20 m,鉆孔數(shù)量8 個,鉆孔直徑75 mm。將Ф38 mm 高壓膠管插入鉆孔,數(shù)量2 根,每根10 m,高壓膠管吊掛在空巷二巷頂板最高處位置。
圖2 鉆孔布置示意圖
3.1.2 充填檢查孔施工
從空巷一巷向空巷二巷施工檢查孔,檢查孔與灌注孔施工方法一致,檢查孔間隔60 m,主要作為返漿觀察孔和補充灌注孔使用。在下部巷口以里的60 m、120 m、170 m 位置施工三個檢查孔,終孔位置位于空巷二巷頂部。
3.1.3 管路鋪設
輸漿管路采用Ф50 mm 高壓膠管及部分蛇形管,長度共計20 m;充填采用流量為700 L/min 的雙液充填泵,輸漿管路為2 條,通過三通或者人工加工Y 型混合器將其混合成一趟管;逐步接長充填管路,初步計算共需高壓膠管20 根,每根30 m;在空巷二巷中巷幫預先鋪設一組蛇形管,給空巷一巷充填管路使用。
3.2.1 充填方案分析
空巷一巷兩端有6.6 m 的高差,且巷道下部角度明顯大于上部,根據(jù)充填液面1 m 高差并結(jié)合巷道高度分段,共計劃分為8 個階段,最短階段長度為9.4 m,最長階段長度48.81 m,共需打設擋墻9 個。
其充填順序為:打設第一和第二道擋墻,充填第一階段;打設第三道擋墻,充填第二階段,以此類推。最后封閉兩端擋墻通風斷面,一次性完成全巷上部充填。
所有擋墻上部預留0.5 m 通風斷面,根據(jù)實際巷高確定擋墻高度,下部充填完后,封閉兩端擋墻通風斷面,停止通風,一次性完成全巷上部充填。
3.2.2 擋墻施工方式分析
(1)中部擋墻采用堆垛法施工
除了下部和上部擋墻,中間擋墻建議采用堆垛法施工,可回收充填材料包裝袋,或者采購包裝袋下井,充填材料包裝袋規(guī)格較小,建議采購50 kg規(guī)格包裝袋,包裝袋內(nèi)灌裝煤粉或者灌注充填漿料。如采用灌注料漿法,最好在充填體完全固結(jié)前,有一定的塑性時施工,可以確保袋間結(jié)合緊密。堆垛法施工擋墻技術(shù)要點如下:① 收集充填材料包裝袋,不能破壞性拆包,或者新購包裝袋入井;② 向包裝袋內(nèi)灌注充填材料,包裝袋扎口,充填材料固結(jié)1 h,還有一定塑性時開始堆垛;③ 漿液混合管長度不少于40 m,然后通過三通分流,一趟至擋墻施工附近,一趟至充填區(qū)域,邊充填,邊施工擋墻;④ 充填袋規(guī)格約為0.8 m×0.4 m×0.25 m,容積為0.08 m3,單個固結(jié)體重量約為96 kg;⑤ 擋墻內(nèi)側(cè)鋪風筒布或彩條布,兩側(cè)和底面鋪設范圍不應少于2 m,以防止?jié){液外流;⑥ 堆垛擋墻寬度不少于1 m,必要時多層加強,包裝袋交錯布置;⑦ 每米高度約需充填袋75 個。
(2)兩端擋墻采用現(xiàn)場成型法施工
事先制作模板,在井下通過灌注充填材料,固結(jié)成型后,可直接利用充填固結(jié)塊堆砌形成擋墻。主要技術(shù)要點如下:① 在地面制作模型,可以采用木板釘成箱式結(jié)構(gòu),注意木板之間的縫隙,盡量貼合緊密,防治漏漿;② 模型規(guī)格為0.5 m×0.3 m×0.25 m,容積為0.037 5 m3,單個固結(jié)體重量約為42 kg;③ 漿液混合管長度不少于40 m,然后通過三通分流,一趟至擋墻施工附近,一趟至充填區(qū)域,邊充填,邊施工擋墻;④ 堆垛擋墻寬度不少于1 m;⑤ 每米高度約需充填塊150 個。
現(xiàn)場對空巷一巷及空巷二巷內(nèi)部空間進行全部充填后,通過采取現(xiàn)場觀察等相關措施考察發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場充填效果良好、充填體成型好、接頂完全。同時,為了保證工作面過空巷階段的安全高效,制定了一系列工作面過空巷區(qū)域技術(shù)措施。
距空巷一巷50 m 左右時,調(diào)整工作面溜子,使溜子適當滯后;當工作面機頭推進至距空巷一巷里幫5 m 左右時,開始割尾;待機尾支架到空巷一二巷間煤柱中部時,開始割中間和機頭;所有支架進入空巷一二巷間煤柱時,再次割機尾;待支架前梁進入空巷二巷外幫5 m 左右時,開始割機頭和中間。
根據(jù)空巷頂板鋪設的鋼筋網(wǎng)高度,調(diào)整采高,不得割鋼筋網(wǎng)。根據(jù)現(xiàn)場,為了確保采面高度,可適度割底矸,割矸厚度200~1000 mm??障锴昂?0架底板往下走割底矸,前后底板隨平。
現(xiàn)場作業(yè)過程中,工作面推進至空巷一巷之前,需要排查設備隱患,處理設備隱患,重點是確保支架、立柱、推移千斤等完好可靠。同時,應確保各部電機減速器完好,避免在工作面過充填空巷區(qū)域時出現(xiàn)設備故障問題,而影響工程進度。
工作面通過充填空巷區(qū)域之前,提前在空巷一二巷間煤柱、空巷一巷機頭機尾三角區(qū)域打孔注化學漿,以提高煤巖體的整體穩(wěn)定性。同時,在工作面過充填空巷區(qū)域期間,可以利用檢修班的時間,在工作面頂板及煤壁破碎區(qū)域注化學漿,起到對嚴重破碎區(qū)域的應急處理作用。
對回采工作面巷道變形進行觀測,綜合分析空巷充填的實際效果。在回采工作面巷道采用“十”字斷面法布點觀測,在31116 回順推進度分別為280 m、290 m、295 m 處布置一個測點,如圖3。
圖3 巷道變形測站布置示意圖(m)
對觀測數(shù)據(jù)進行處理,可得巷道測點頂?shù)装逡平壳€(圖4)和巷道測點兩幫移近量曲線(圖5)。
圖4 巷道測點頂?shù)装逡平壳€圖
由圖可知,工作面通過空巷期間,巷道頂板下沉量最大153.7 mm,底鼓量最大203.6 mm,左幫鼓出量最大50.1 mm,右?guī)凸某隽孔畲?3.4 mm,巷道變形量較小,完全滿足規(guī)程及設計要求。