全空巷充填技术在孤岛工作面回采中的应用

宋哲强

（晋煤集团成庄矿,山西 泽州 048021）

孤岛工作面的开采，应力显现异常，巷道变形量非常大，工作面布置的措施巷或初次设计的切眼，动压显现尤为明显，采取原有木垛、单体柱等支护方式，安全风险成倍增加，急需寻找一种更高效、更安全的支护方式。

1 工作面概况

成庄矿3311工作面是三盘区最后一个工作面，紧邻3310工作面采空区和西陈庄煤矿采空区。切眼向外280m处有锁边一二巷两条平行于工作面切眼的空巷，两巷相距20m并贯穿整个工作面。锁边一二巷沿煤层顶板掘进，巷道宽度4.6m，高度3.3m。3311工作面在回采过程中需通过锁边一二巷。

2 存在问题

3311工作面煤层厚度6.15m左右，采用综放工艺进行生产，采3m放3.15m。两条锁边巷沿顶板掘进，导致将来工作面采到锁边巷位置时，支架顶梁处于锁边巷底板处，整个工作面支架顶梁与煤层顶板有3m左右高的空顶，工作面前方顶板处于悬空状态，空顶距达到4.7m左右。3311切中以南96.5～320m发育一断层F111（H=2m ∠65°），F111断层贯穿锁边一二巷（锁边一巷在46#架前后揭露），断层前后顶板破碎，顶板管理难度大，且F111断层为正断层，断距2m，通过时，需割底矸，进一步加大通过锁边一二巷难度。见图1。

图1 3311工作面及锁边一二巷示意图

3311工作面周期来压步距为15～20m左右，过锁边一二巷影响区域为30m左右，在通过锁边一二巷期间会受到周期来压的影响，造成工作面顶板大面积下沉或漏矸、冒顶事故。

以往煤矿采煤工作面过空巷采取的方法主要有：用密集支柱或木垛加强对空巷顶板的支护；补打锚杆、锚索加固空巷顶板和两帮；以空巷为切眼重新布置工作面；采用充填材料对空巷区域进行全部充填。

为解决3311工作面回采过空巷期间的顶板隐患，以及防止空巷内瓦斯聚集等问题，对上述四种方案进行对比分析，详见表1。

表1 3311工作面过空巷方案综合对比表

通过综合对比，该矿提前对锁边一巷内的顶板进行加固，并做好前期准备工作，对锁边一二巷采用全空巷充填。

3 全空巷充填实施试验

3.1 充填前的加固

（1）在锁边一二巷内断层前后，锚索吊挂钢筋梯(锁边一二巷各使用Ф22×7.4m锚索20根），进行顶板加固。

（2）在锁边一二巷内吊挂废旧轨道，加大充填体强度。

（3）在锁边一二巷内吊挂菱形网，并将菱形网与原巷帮金属网相联接，形成一个整体，减少架间漏矸。

（4）过锁边一二巷前，加强两巷超前支护。33113巷侧在锁边一二巷口架铁棚13架，木棚9架，33111巷侧锁边一二巷口及前后架木棚40架。锁边一二巷口处架走向抬棚14架。两巷超前支护内单体柱改为一排四柱，1巷超前支护不少于30排，3巷超前支护不少于30排。

3.2 锁边一二巷采用联邦充填材料全巷道充填

（1）充填选用材料为晋煤集团技术研究院自主研发的联邦支护充填材料，充填设计为空巷内部空间一次充填。联邦高水速凝充填材料由A、B两种材料组成，A和B两种按1:1配合使用，水料比3:1。充填浆料A料和B料通过液压柱塞泵，分别通过管路远距离输送至充填区域，在待充区域附近通过三通混合器混合，混合液填充锁边一二巷空巷。

（2）充填作业时先对锁边二巷进行充填。

在锁边二巷33111巷和33113巷侧巷口里5m各建一道板墙，在锁边一巷内铺设注浆管路，利用锁边一巷与锁边二巷间煤柱内布置直径75mm的钻孔，钻孔内插直径38mm的高压胶管。通过高压胶管向锁边二巷中灌浆，待浆液充填整个锁边二巷时停止注浆。见图2。

图2 锁边一巷和二巷连接钻孔示意图（剖面图）

（3）锁边一巷充填，设计了“分段不通风”、“分段通风”两种充填方案，对方案进行了对比分析，采用方案一充填锁边一巷，设计了导流槽装置。见图3。

图3 锁边一巷充填示意图（侧视图）

4 效益及效果

井下现场取样表明，充填体强度大于2MPa。通过回采期间对支架初撑力的数据收集数值计算，以及空巷充填前后的巷道围岩塑性破坏情况进行分析可知：对锁边一巷及锁边二巷进行完全充填后，巷道内部充填体与煤岩体形成整体，共同承担工作面采动影响造成的应力作用，减少了巷道围岩的塑性破坏，避免了工作面顶板下沉风险，能够提高工作面回采至空巷区域的安全系数，也进一步证明空巷充填是保障工作面安全顺利过空巷的有效措施。

（1）时间效益：3311工作面锁边一二巷采取空巷充填之后，自5月7日开始揭露锁边一巷，5月16日顺利通过锁边二巷，比预计时间缩短了10d。

（2）安全效益：3311工作面锁边一二巷采取空巷充填之后，有效地解决了顶板管理难题、通风管理难题、机电管理难题。在过锁边一二巷期间未出现顶板漏矸、垮落等事故，未出现瓦斯积聚等瓦斯事故，未出现压溜、压架等机电事故。

（3）经济效益：采用充填法充填过锁边一二巷取得了明显的经济效益，经计算，实施空巷充填后，能够节约煤炭资源34791.96t。

（4）空巷充填大大改善了井下作业环境，避免了空巷补强支护、搬家倒面、调整工作面采高等一系列复杂工序，降低了工人劳动强度，提高了工作效率，同时也提高了井下工作的安全系数。