岳城煤矿柔模袋筑模密闭墙施工技术研究

张进涛

（山西晋煤集团沁秀公司岳城煤矿，山西 晋城 048205）

采空区密闭墙周围煤体在矿压作用下发生破碎产生裂隙漏风，是引起采空区遗煤瓦斯外泄和积聚引起瓦斯事故的主要原因之一。其主要形成机理，是密闭墙所在区域煤体受顶底板采动影响导致的煤体破碎，使闭墙或煤体中出现了裂隙通道，最终造成了采空区瓦斯不可控外泄。因此，加强对采空区闭墙防漏风技术，是实现采空区瓦斯超前预控的重要手段。

1 现场概况

岳城煤矿为高瓦斯矿井，主要开采3#煤层。本次实施采空区密闭墙构筑试验的4320工作面位于一水平三盘区东部，东部、北部为已回采的4318工作面、2319工作面。工作面服务年限为8.2个月。

1.1 地质条件

4320工作面开采3#煤层，煤层平均厚度6.33 m，煤层倾角-7°～+9°，平均倾角1°，煤层稳定，开采标高为+860～+1025 m之间，3#层煤自燃倾向性等级为不易自燃。工作面走向长度1400.8 m，倾向长度210.5 m，采用走向长壁采煤法，综采放顶煤开采工艺，工作面可采储量为2245.2 kt。3#煤层顶、底板岩性见表1。

表1 3#煤层顶、底板岩性

1.2 巷道布置

工作面巷道布置及通风方式见图1。43203巷和43202巷之间留有30 m宽保护煤柱，每隔50 m布置联络巷。掘进巷道时采用喷浆（厚度为150 mm）的方式构筑两道临时密闭墙，回采时对43203巷实施沿空留巷，实现工作面整体双“U”型通风。沿空留巷选择在巷道内部靠近采空区一侧，采用R150 mm×1500 mm板梁搭设“#”字型木垛，回风隅角回风通道断面高度不小于3.5 m，宽度不小于1.5 m。在联络巷以里采空区侧建500 mm厚煤袋墙，木垛钉木板，对煤袋墙和木板挂网喷浆厚度为500 mm，以封堵采空区，杜绝采空区漏风。

图1 4320工作面巷道通风布置

2 现状分析

目前现场密闭墙采用板墙+挂网+喷浆的工艺，主要材料为水泥和沙，由于施工工艺和通风系统的原因，密闭墙存在以下问题：

（1）施工时间长，用工量大：每次喷浆厚度只能控制在300 mm，这样完成一道密闭墙需要5天时间。在用工方面，每次喷浆至少需要6人，建一道密闭墙需要30个人；

（2）密闭墙抗压强度差：由于密闭墙是分次喷浆的，每次喷浆的浆体之间存在缝隙，造成1.5 m厚的密闭墙不是一个整体，墙体受压后分层，墙体抗压强度差。

（3）密闭墙往外渗瓦斯，巷道内瓦斯大：该区域通风系统采用多巷通风，工作面每推进过一个横川后在横川内建一道密闭墙来封闭采空区，随着工作面往外推进，回风巷道路线上的密闭墙越来越多，密闭墙受压变形后出现裂隙，采空区瓦斯渗出，多个密闭墙都往巷道内涌瓦斯，造成巷道内瓦斯大，存在安全隐患。

（4）密闭墙四周与煤体接触不严，存在漏风：多处横川受压变形后，造成密闭墙四周与煤体存在缝隙，瓦斯在负压的作用下会通过缝隙渗出。

3 主要研究内容

针对以上存在问题，制定了本次研究的技术路线见图2。

图2 技术路线

4 密闭受力分析

采空区密闭墙的构筑位置和厚度选择十分重要。采空区密闭墙一般位于采空区和回风联络巷之间，主要受到工作面采动影响带来的顶底板压力、采空区侧向压力的相互作用，并且以采空区侧向支承压力为主，其压力分布规律见图3。

图3 侧向支承压力分布

由图3可知，在侧向支承压力和巷道开挖残余应力的作用下，保护煤柱的边缘在不同程度上产生变形和破坏，在联络巷的巷口附近形成受力较原岩应力低的卸载区域。卸载区的范围与应力的大小、煤质和煤层开采高度有关，一般情况为1～3 m。支撑压力区内的应力比原岩应力升高了1～3倍，在顶板活动时期，联络巷巷道顶底板移近速度可达10 mm/d以上，有时甚至高达20 ～35 mm/d。多数矿井侧向支承压力严重影响范围为采空区侧3～25 m范围，少数矿井为15～35 m，在此范围内构建密闭墙，墙体容易被压裂压垮。

5 密闭施工方案

针对采空区密闭墙的特点，设计了两种密闭墙构筑方案：

（1）喷浆筑模法。该方案是在充填体前后加设模板固定，在充填体内直接灌注材料，充填结束后在闭墙表面分次喷浆。其模板基本布置见图4。

图4 方案一模板布置

（2）柔模袋筑模法。该方案与方案一相比，是将充填料替换成吊挂柔模袋，由直接填充改为柔模袋填充，其模板布置见图5。

图5 方案二模板布置

这两种方案在技术上均可以实现，但构筑速度和巷道密闭严密程度上，采用喷浆筑模法构筑密闭墙可以使充填体与煤岩体完全接触，部分浆液可注入破碎煤岩体内部，封堵煤岩体中的漏风裂隙，增强煤岩体的抗压性能。但是这种方法的工艺较为复杂，需首先喷浆筑模，待模板形成后才可灌注充填，因此需要2～3个作业班才可完成。并且构筑模板需要增加喷浆设备，喷浆混凝土材料也需要另外运输。而柔模袋法充填构筑密闭墙，方案工艺简单，密闭墙构筑速度快，一般可在1个作业班内完成所有工作，但存在墙体和围岩接触不紧密的问题，尤其是围岩变形破坏严重时，可能会出现漏风通道。

经过现场勘查，由于4320工作面联络巷巷道顶底板稳定，两帮煤壁平整，采用柔模袋筑模法构筑密闭墙，墙体与巷道接触也比较严密。另外考虑到综放工作面推进速度较快，密闭墙构筑任务紧张，从技术对比可知，柔模袋筑模法构筑密闭墙方案较好。

6 密闭施工效果分析

根据设计形成的密闭墙构筑方案和施工工艺，在4320工作面联络巷内进行了采空区密闭墙的充填施工。

（1）现场监测发现，滞后工作面50 m位置处时开始构筑密闭墙；之后随着工作面向前推进，至工作面超前密闭墙150 m时，横川巷道基本趋于稳定；之后随着工作面继续推进，横川巷道顶底板及两帮移近量均小于2 mm/d，墙体基本不发生压缩变形；至工作面推进至超前密闭墙181 m位置处时，横川巷道的顶底板最大变形量为188 mm，两帮最大移近量为223 mm。

（2）现场监测发现，充填体凝固时间能够保持在1小时左右，墙体受力监测显示，墙体中对拉锚杆所受最大作用力为145 kN；经计算，墙体最大应力为6.4 MPa；工作面推进至超前密闭墙141 m后，墙体应力和锚杆拉力基本趋于稳定。

（3）通过现场瓦斯实测可知，密闭墙构筑后，闭墙前上方瓦斯浓度为0.2%～0.3%，墙内外压差为10～20 Pa，说明密闭墙密闭效果良好，密闭墙建成后能够有效封闭采空区，取得了良好的效果。