充填技术在综放工作面过废弃井筒和旧巷的应用

梅光发 郭宁远 赵健春

（山西省煤炭运销集团三元古韩荆宝煤业有限公司，山西 长治 046000）

为提升矿井生产、技术、安全系数等方面的综合能力，2010年山西对一些布局不合理和安全条件差的矿井实行煤炭资源整合，相邻的小煤窑划到一个井田，包含之前井筒和旧巷。为确保工作面的安全生产，避免工作面回采接近或穿过废弃井筒和巷道，井壁垮塌影响安全生产，采用充填[1-4]技术对其进行治理已势在必行。

1 工程背景

荆宝煤业位于山西省襄垣县，由三荆沟煤矿、花宝沟煤矿、桃树煤矿三个生产矿井及桃树天利煤业关闭矿井及部分新增煤田兼并重组整合而成。主要开采3#、15#煤层，开采标高为380m。平均倾角4～8°（图1）。

现主要开采3#煤层，目前二采区30202工作面巷道掘进已完成，即将进行回采，设计工作面走向长度780m，倾斜长度130m。为避免工作面回采穿过原花宝沟煤矿遗留回风立井井筒和旧巷道时，上覆岩层对支架造成冲击失稳和井壁垮塌影响工作面的正常回采，决定采用充填技术对井筒和旧巷道进行充填加固。

图1 岩层柱状图

旧巷道贯穿工作面与30202工作面运输平巷与回风平巷相连接近南北向，长度130m，其东侧与回风立井井筒相连的巷道长约20m（图2）。

图2 30202工作面平面图

2 充填方案

考虑到安全性和成本问题，主要是对原花宝沟煤矿的回风立井井筒内3#煤层顶板以上20m范围及井下部分旧巷（30202工作面运输平巷与回风平巷之间的南北向旧巷道及其东侧与回风立井井筒的连接巷）等进行充填治理。

2.1 充填方法

在地面建立注浆站，拌制水泥粉煤灰浆液，通过注浆泵、注浆管将水泥粉煤灰浆注入巷道及井筒内。浆液经过固化胶结，对巷道周围及上覆岩层形成支撑作用，阻止上覆岩层的冒落垮塌，同时防止井壁垮塌砌石掉落。

（1）井下巷道充填注浆。采用分段砌筑密闭墙和水泥粉煤灰浆液充填方式注浆相结合，先进行巷道注浆和井筒连接处（从巷道底板充填至3#煤层顶板处，充填高度6m）注浆，然后再对贯穿工作面的巷道密闭注浆充填。

（2）井上立井井筒充填注浆（图3）。采用水泥粉煤灰浆液壁后注浆加固充填进行治理，仅对3#煤层顶板以上20m范围的井筒进行治理。

2.2 工艺流程

（1）首先进行地面注浆系统（图4）的建立；

（2）巷道砌筑（密闭墙）和井筒及巷道注浆管路铺设；

（3）井下巷道注浆；

（4）井上井筒注浆。

图3 井筒充填注浆

图4 注浆系统平面布置示意图

2.3 充填材料

（1）井下巷道注浆材料。水泥粉煤灰浆液水固比初步设计为1:1.1，水泥占固相20%，粉煤灰占固相80%，为加快浆液凝结速度，可添加水泥重量3%～5%的速凝剂。注浆要求其强度小于煤层强度，以便于采煤机切割顺利。

（2）井上井筒注浆材料。水泥粉煤灰浆液水固比一般为1:1.0，水泥占固相30%，粉煤灰占固相70%。

3 现场监测

对30202工作面支架的工作阻力进行监测，随着工作面的推进，支架平均压强曲线如图5所示。工作面液压支架平均压强为20.2MPa左右；过空巷充填段时, 工作面距空巷水平距离2m时, 支架工作阻力有所上升，最大值为20.8MPa，整体增长幅度不大；过回风立井井筒时，影响范围小，可以忽略，随着远离空巷平均压强恢复到正常值。

图5 液压支架平均压强曲线

4 结论

30202工作面回采前，采用水泥粉煤灰浆液分别对回风立井井筒内3#煤层顶板以上20m范围及井下旧巷进行充填治理，在工艺上提出了分别进行井下巷道充填和井上井筒充填的新方法。现场观测，证明了充填方法能保证工作面正常回采。