綜采工作面快速過空巷技術研究

穆 成

(晉能控股煤業(yè)集團忻州公司 王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 保德 036604)

資源整合礦井回采淺部煤炭資源時，往往會揭露以往小煤窯開采遺留的空巷，采面過空巷期間面臨頂板冒落、礦壓顯現(xiàn)異常等問題，處理空巷影響采面生產(chǎn)效率，給煤炭回采安全造成較大影響[1-3]。山西某礦31205綜采工作面回采范圍內(nèi)存在廢棄空巷，該空巷廢棄時間超過5 a.文中以該采面過空巷為例，對采取的空巷加固技術進行分析探討，以期為其他礦井類似情況提供借鑒。

1 工程概況

31205綜采工作面開采12號煤層，煤層埋深平均350 m，采面設計傾向長度130 m、推進長度780 m.31205綜采工作面上覆為已回采完畢的11號煤層31103、31105采空區(qū)，11號與12號煤層間距平均為6.8 m.12號煤層埋深平均2.5 m，煤層自然發(fā)火傾向性為Ⅲ類，煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖(厚度均值6.8 m)，基本頂為粉砂巖(厚度10.7 m)，直接底及基本頂?shù)头謩e為泥巖(厚度均值2.3 m)、粗砂巖(厚度5.6 m)。采面回采期間，直接頂隨著液壓支架前移垮落，采面回采期間礦壓顯現(xiàn)不明顯。回采巷道超前支護用單體(DW28-250/100)、鉸接鋼梁(HDJB-100)組成邁步式抬棚支護。

31205綜采工作面開采范圍內(nèi)存在廢棄空巷(廢棄時間超過5 a)，斷面矩形(凈寬2.5 m、凈高2.0 m)，圍巖支護用雙排木點柱支護。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，空巷內(nèi)采用的支護方式失效率超過80%，個別段由于頂板冒落導致空巷頂板與上覆11號煤層采空區(qū)通過裂隙直接貫通。為確保31205綜采工作面安全、高效通過空巷，根據(jù)采面現(xiàn)場情況并結(jié)合礦方技術研究結(jié)果，提出采用錨網(wǎng)索對廢棄空巷進行補強并對空巷內(nèi)局部冒頂區(qū)域采用高分子注射、充填方式進行修復，為采面過空巷創(chuàng)造良好條件。

圖1 采面空巷分布位置示意

2 廢棄空巷補強支護

確?？障飮鷰r穩(wěn)定是實現(xiàn)采面安全高效過空巷的基礎。31205綜采工作面開采期間礦壓顯現(xiàn)不明顯且超前采動壓力影響范圍小，可為采面內(nèi)空巷加固創(chuàng)造良好條件。若采用高水材料充填或者墩柱等方式加固空巷時，雖然可滿足空巷加固需要，但是存在耗時長、投入高等問題[4-6]。為此，文中根據(jù)31205綜采工作面空巷斷面、圍巖變形及失穩(wěn)情況，提出采用錨網(wǎng)索+高分子注射(充填)方式對空巷進行補強支護。

2.1 錨網(wǎng)索支護

錨網(wǎng)索支護采用的螺紋鋼錨桿規(guī)格為D18 mm×2 000 mm，布置間排距為900 mm×900 mm，端頭錨固用3支錨固劑(型號分別為CK2330、K2360及ZK2350)，預先施加到錨桿上的預緊力控制在120 kN以上；支護錨索為鋼絞線，規(guī)格為D15.4 mm×4 500 mm，沿著巷道頂板中部布置1根，布置排距均為2 000 mm，錨固采用4支錨固劑(CK2330、ZK2350各1支，2支K2360)；支護時配合采用鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)由直徑6 mm的鋼筋編制，網(wǎng)孔100 mm×100 mm.

2.2 高分子注射(充填)

注射的高分子材料為馬麗散，該材料具備可注性強、膨脹倍數(shù)大以及反應速度快等優(yōu)點。在注入時采用1臺注漿泵(動力源為井下壓風)、1支混合槍即可。將馬麗散注入到空巷頂板裂隙中后可提高巖體膠結(jié)強度及穩(wěn)定性[7-9]。馬麗散在頂板破碎巖體中膠結(jié)后巖體抗壓強度可增加至22～36 MPa.

3 采面過空巷技術方案

空巷加固及高分子材料注漿工作從開始到施工完成控制在5 d以內(nèi)，確保采面推進至空巷時，空巷圍巖已完成加固，且注漿加固區(qū)有足夠時間膠結(jié)固化。

3.1 施工準備

1) 啟封空巷。啟封空巷工作安排在采面與空巷間距100 m以外，空巷啟封內(nèi)容包括排放瓦斯、調(diào)節(jié)風量等，確?？障飪?nèi)有害氣體濃度在允許范圍內(nèi)。

2) 材料準備。按照要求對空巷進行通風調(diào)節(jié)及排放瓦斯，待具備空巷圍巖維護條件后，在空巷口上風側(cè)12～15 m布置空巷加固用材料及應急材料，連接好高壓注射泵及高壓注射軟管，以便后續(xù)空巷維護工作開展。

3.2 錨網(wǎng)索補強支護施工

錨網(wǎng)索補強支護主要集中在頂板破碎程度較低且完整性較強段，補強支護工作由外向里(空巷口至空巷里方向)。在錨網(wǎng)索補強支護時嚴格遵守敲幫問頂制度，及時處理巷幫、頂板活矸。在進行錨網(wǎng)索支護時頂板臨時支護采用前探梁、巷幫臨時支護用單體+π型鋼緊貼巷幫。錨網(wǎng)索補強支護應嚴格按照作業(yè)規(guī)程進行。補強支護段長度合計為78 m.

3.3 空巷頂板注射高分子材料

頂板注射高分子材料段主要集中在頂板冒落、裂隙發(fā)育或者變形嚴重位置。在對頂板注射高分子材料前需適當增加附近錨桿支護密度，同時通過巷道表層噴漿方式降低高分子材料外溢量。注射高分子材料施工方法為：注漿鉆孔設計—鉆孔—固定注漿槍并注漿—鉆孔內(nèi)注漿漿液固化—其他鉆孔注漿—注漿完畢并清洗注漿管路、注漿泵。

在注漿加固前應認真檢查注漿設備，確保各個零部件、高壓注漿管路等均處于完好狀態(tài)，具體高分子材料注漿管路連接見圖2.

圖2 高分子材料注漿管路連接示意

注漿鉆孔孔徑均為42 mm，通過注漿固結(jié)空巷頂板不穩(wěn)定巖層，用以固結(jié)空巷頂板不穩(wěn)定巖層的鉆孔開孔位置與空洞間距3 m、鉆孔終孔間距為2 m，施工沿著巷道軸向進行；用以充填空巷空洞的鉆孔與空洞間隔2 m，鉆孔終孔間距1 m，在巷道頂板上呈扇形布置。為提高注漿加固效果并降低注漿成本，注漿鉆孔布置參數(shù)、數(shù)量等可依據(jù)現(xiàn)場條件進行調(diào)整?？障飪?nèi)注漿鉆孔布置見圖3.

圖3 空巷內(nèi)注漿鉆孔布置示意

在鉆孔注漿時施工固結(jié)鉆孔，待注漿壓力達到5 MPa且穩(wěn)壓10 min后即可停止注漿。固結(jié)鉆孔施工完成1 h后施工充填鉆孔并進行注漿。在注漿時合理調(diào)整風壓、風量，使得馬麗散可有序滲入到頂板破碎巖體裂隙中。對頂板采用高分子材料注漿、充填后，可有效控制空巷破碎頂板下沉、冒落問題。頂板固結(jié)后再采用錨桿、錨索及鋼絲網(wǎng)進行支護。

4 效果分析

31205綜采工作面回采范圍內(nèi)存在的空巷廢棄時間超過5 a，空巷內(nèi)原有圍巖支護系統(tǒng)部分失效，巷道圍巖變形量大、局部位置頂板難以避免地出現(xiàn)垮落問題。采面開采煤層自然發(fā)火傾向性為III類，同時回采期間礦壓顯現(xiàn)不顯著，為采面空巷治理創(chuàng)造良好條件。為此，用錨網(wǎng)索對空巷進行加固，對局部冒頂區(qū)域通過注射高分子材料方式進行充填。空巷圍巖加固及冒落區(qū)充填后，空巷圍巖穩(wěn)定性得以明顯提升；整個空巷加固、冒落區(qū)充填耗時5 d即可完成，空巷加固耗時短且支護成本低。31205綜采工作面回采至空巷時，采面可保持5.0 m/d的推進速度，同時空巷頂板、巷幫仍保持穩(wěn)定，變形量較小。

5 結(jié) 語

1) 31205綜采工作面開采的12號煤層埋深350 m，直接頂隨采隨垮，采面超前支承壓力影響范圍較小且影響程度不大，采面推進至空巷時空巷頂板及巷幫受采動壓力影響小，不容易出現(xiàn)大變形或者失穩(wěn)等情況。為降低空巷加固并提高空巷加固效果，提出用錨桿索+高分子材料注漿(充填)方式加固空巷。

2) 采用錨網(wǎng)索后可提高空巷頂板承載能力及穩(wěn)定性，采用高分子材料對空巷內(nèi)冒落區(qū)或者破碎區(qū)加固后，可為錨網(wǎng)索支護創(chuàng)造良好條件。根據(jù)空巷內(nèi)的現(xiàn)場條件，對錨網(wǎng)索布置方案以及高分子材料注漿方案進行設計。現(xiàn)場應用后，31205綜采工作面推進至空巷影響區(qū)內(nèi)時，空巷頂板及巷幫始終保持穩(wěn)定，采面可保持5.0 m/d的推進速度，取得了較好的空巷治理效果。