晶鑫煤业3123工作面过空巷注浆充填技术

2019-11-22张鹏鹏

煤 2019年11期

张鹏鹏

(山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司，山西晋城 048100)

1 工程概况

山西阳城阳泰集团晶鑫煤业公司目前开采3号煤层，煤层平均厚度为4.8 m，倾角3～8 °，顶底板岩性特征如表1所示。3123工作面对应地面标高+730～+750 m，井下标高+575～+605 m，工作面走向长度768 m，倾斜长度75 m，采用综合机械化放顶煤开采，采高2.0 m，放煤高度2.8 m。3123运输巷掘进过程中揭露多条原有旧采巷道，大多数旧巷与3123工作面推进方向垂直，根据类似工作面过空巷的生产经验，通过爆破放顶即可安全通过，此类空巷对于工作面的正常回采和回采巷道内矿压的影响很小。而工作面内还存在一条与3123运输巷平行的空巷，该空巷自工作面切眼向东70 m范围内与运输巷间煤柱的宽度不大于2.0 m，工作面回采期间，3123运输巷回采帮由于无法承受超前支承压力，围岩出现了明显的变形现象，需采取适当的措施进行治理。3123工作面布置示意如图1所示。

表1 3号煤层顶底板情况

2 空巷变形现状及治理技术分析

3123运输巷旁的空巷断面尺寸为4.5 m×5 m，原有支护方式主要为木垛支护，支护强度很低，此类空巷已经存在很多年，且多年闲置失修，在3123运输巷掘巷前，空巷顶底板及两帮围岩已经发生不同程度的失稳破坏，两帮出现明显的片帮，顶板弯曲下沉将木垛压垮，局部出现严重的冒顶[1-2]。3123运输巷的掘进使空巷围岩内应力重新分布，在靠近3123工作面切眼附近，运输巷和空巷贯通，使巷道顶板悬顶面积增大，工作面的安全开采和运输巷的安全稳定都面临严重的威胁。

图1 3123工作面布置

3123运输巷掘进至距离切眼30 m时，与空巷平行并且贯通，3123运输巷采用梯形棚支护，该区段的空巷采用井形木垛进行支护，其断面如图2(a)所示，该区段的3123运输巷内需要安装移动变电站、胶带输送机、配电箱等设备，其围岩的稳定性对于工作面的安全正常回采至关重要。距离3123切眼70 m范围内空巷和3123运输巷间煤柱的宽度不大于2.0 m，巷道顶板悬顶面积大，煤柱基本丧失对顶板的支撑能力。与传统的锚网索或架棚支护相比，采用注浆充填技术，可显著改善空巷及邻近3123运输巷围岩的受力状态，提高空巷围岩的强度和稳定性。且对空巷充填后，采煤机可正常截割充填体，实现工作面的安全高效开采。为此，提出对距离切眼70 m范围内的空巷进行注浆充填，需充填的巷段如图2(b)所示。

3 空巷充填技术方案与工艺

充填时应遵循以下原则：①应将整个空巷空间范围充满，确保充填体接顶密实；②充填材料应有适当的强度和支承能力，有效抑制围岩的进一步位移，且能够正常的被滚筒截割；③浆液具有适宜的流动性和凝固时间，浆液制备和充填过程中不能出现凝固、堵管等事故。为此，设计空巷注浆充填分为以下几步工序进行。

图2 3123运输巷旁空巷位置局部示意

1) 木垛回收。距离切眼30 m范围内的空巷内存在很多井字形木垛，且这些木垛影响工作面的正常回采，为确保充填工艺的正常进行，需先将这些木垛清理。由于空巷常年失修，贸然将所有木垛撤出将面临较大的冒顶危险，因此设计由端头处开使，采用“后退式”进行木垛的回撤，木垛撤出后根据巷道顶板情况，采取锚杆、锚索、金属网等维护措施，每5 m为一个循环，分6次将木垛全部撤出。

2) 砌筑止浆墙。为使空巷注浆充填密实，防止跑浆，需要在空巷充填的起止点分别构筑一面注浆挡墙，使空巷需要注浆的区段形成一个封闭的空间，两端的注浆挡墙可采用在立柱上加钉木板，然后再用风筒布进行覆盖密封，除此之外，由于距离切眼30 m范围的空巷与邻近的3123运输巷贯通，为将空巷和运输巷隔离，在3123运输巷钢架支架间均匀布置3块木板，背板后加塞纱布防止浆液由板缝中溢出，空巷与运输巷间隔离如图3所示。

图3 空巷注浆封堵示意

3) 分段注浆充填。为保证空巷注浆充填的效果，设计对空巷进行分段注浆，需要注浆的空巷长度为70 m，其中靠近切眼30 m空巷与3123运输巷平行，另外40 m与3123运输巷夹角为3°，据此设计将井下制浆站布置在拐点处，靠近切眼的30 m分为第一和第二注浆区段，左侧的40 m分为第三和第四区段，空巷注浆分段详情如图4(a)所示，浆液通过高压胶管导入到充填区段，出浆口置于各区段的最高点，为防止下部的浆液压力过大而发泡受阻，每个区段分为3～4次注浆，每次注浆高度不大于2.0 m，从下往上依次间隔一定时间充填，直至接顶密实。

图4 分段注浆示意

各区段按次序单独注浆充填时，为便于观察充填效果，首次注浆时可采用临时半密闭，随着充填高度的增大，再逐渐形成完全的密闭墙。根据晶鑫煤业3123工作面空巷的具体地质条件，通过实验室制备和现场应用实验，最终设计采用新型无机胶凝充填材料，各配料的质量比为水∶A料∶B料∶发泡剂=1∶1.5∶0.12∶0.1，该种材料充填后发泡约2.4倍，初凝时间约20 min，凝固后强度约0.85 MPa，具有成本低、强度高的特点。

4 应用效果分析

晶鑫煤业3123工作面空巷采用注浆进行充填后，工作面过空巷期间未发生冒顶、片帮等事故，为进一步考察空巷注浆充填对3123运输巷围岩稳定性的影响，在距离切眼30 m处的3123运输巷内布置测点，监测围岩位移情况，监测结果如图5所示。3123工作面回采期间，3123运输巷顶底板移近量最大为138 mm，两帮移近量最大为91 mm，3123运输巷变形量很小，围岩稳定性较好。说明采用注浆技术进行空巷的充填，很好地控制了运输巷围岩的变形，实现了工作面的安全高效回采。