高应力综采工作面快速过空巷技术研究

陈纲

摘 要：本文以镇城底煤矿30101工作面过空巷为研究背景，针对工作面过空巷顶板断裂、片帮问题，选用水灰比值为8：1时的高水材料作为充填材料对空巷进行了加强支护，在工作面回采过程中对液压支架的工作阻力进行了监测，证实了充填加强支护的成功性，为安全回采提供了保障。

关键词：综采工作面;过空巷;加强支护;工作阻力

在煤炭开采的过程中，工作面过空巷一直是开采难题。在工作面过空巷时，空巷巷道在超前支承压力的作用下，巷道极易发生发生顶板断裂、片帮问题，针对此问题，不同矿井采取了不同的措施，目前对于空巷的加强支护方案主要有木垛支护配合锚杆锚索支护、钢筋水泥柱配合锚杆锚索支护及充填支护等[1]。本文针对矿井实际开采条件，对30101工作面进行了高水充填作业，通过现象应用，充填体有效的控制了围岩的变形，为工作面顺利回采提供了安全保障。

1 工作面生产地质条件概况

镇城底煤矿30101工作面所在采区为一采区，工作面走向长度达到1200m，倾斜长度达到130m，工作面标高约为200m，该工作面内煤层性质稳定，煤层平均厚底约2.8m，倾角约7°。在30101工作面回采的过程中，需要经过一条与工作面有一定角度的空巷，该空巷为3205空巷，根据现场开采测量，空巷断面宽为4.5m，高为2.5m，整个空巷长度为300m，空巷采用锚杆锚索联合支护的方式，在现有支护方案下，空巷顶板出现冒落现象，在工作面回采的过程中，出现了片帮、老顶断裂等现象，威胁到回采工作的安全进行。因此，为了保证工作面顺利过空巷，必须对3205空巷进行支护工艺的改进，维持巷道稳定性的同时，保障工作人员的生命安全。

2 支护方案改进措施

为了保证工作面顺利过空巷，对3205空巷进行充填作业，保证工作面在回采过程中空巷不会出现冒顶、片帮事故的发生，充填区域充填方案示意图如图1所示，从图中可以看出，为了充填作业的顺利高效进行，将空巷划分为8个等长度的区域，每个区域内巷道长度为37.5m，充填技术方案如下：

为了便于后期的检验，在充填作业开始前，在空巷两端分别架设木板和风筒布，使空巷两端形成密闭墙，便于充填作业的进行，为了减少巷道围岩变形，早密闭墙外架设一定数量的单体液压支柱，液压支柱的排距为800mm，减少围岩变形的同时，保证充填体的完成充填，减少充填体撑倒现象的发生。准备工作完成后，在待充填区域进行钻孔施工，在注浆的过程中，为了保证安全回采的顺利进行和充填体材料的迅速凝结，在巷道内假设局部通风机通风，待第一区段充填完成后，重复操作进行第二区域的充填作业。

2.1 充填作业流程

根据实际生产经验，未进行支护时，空巷顶板的下沉量已经达到60mm，为了保证充填体的强度，选用水灰比值为8：1时的高水材料作为充填材料，充填体强度达到2MPa，注浆工艺中，采用两台型号为2ZBYSB13.24.2/110- 22的充填泵进行充填作业，两个注浆泵配备两个注浆吸管和四个浆液搅拌桶。为了便于注浆设备的移动，将注浆设备安放在轨道运输巷道内，既便于设备的运输，也方便注浆材料的持续供应。因为注浆工艺是一个持续的工作，在长时间的作业过程中，为了保证充填材料不变质，在巷道底板铺设木板，减少材料与底板的直接接触，对于不同的材料，应该分开保存，避免材料之间的混合。

充填流程具体如下：①注浆工艺的准备工作：前一天将所有注浆材料运输至充填作业点，为注浆作业提供便利;②为了提高注浆效率，两台搅拌桶给料，两台搅拌桶配料，四台搅拌桶同时运行，在搅拌桶上进行标注提醒工人，以免操作失误，如此往复运行，直至一个区域充填作业结束;③一个区域注浆工作结束后，必须及时对搅拌桶及管路进行清理，方便下一次注浆工作的进行。

在整个注浆过程中，为了保证充填材料的强度，必须注意水量的加入，水量过多过少都影响到充填材料的强度，当水量加好之后，再启动搅拌桶进行搅拌作业，保证充填材料的强度;在搅拌过程中，为了搅拌作业的充分，需保证搅拌时间在10min之上;当充填材料体积较大时，应该人工碾碎再进行搅拌作业;在合适配比合理操作的情况下，保证搅拌作业顺利进行的同时，确保浆液及时送至充填点。

2.2 充填区域施工作业要求

对于充填区域的施工作业，要求如下：①在施工过程中，必须保证通风机正常运行，且施工工艺需依次进行，不得出现跳跃、错乱现象;②液压支架必须保证充分接顶，底部牢靠，在注浆工艺时不会出现倾斜等现象;③保证密闭墙的密封性，在注浆过程中，需要随时观察，确保不会出现漏浆现象的发生;④因为巷道顶板的不平整性，在浆液接触巷道顶部时，应再持续注浆5min左右，出现跑浆现象及时采取相应措施;⑤充填作业后，及时关掉设备电源。

2.3 充填作业人员调用

根据矿井实际情况，在充填作业时，共需布置工作人员9名，其中作业队长一名，主要负责充填作业的协调工作;两名工作人员进行物料的运输和添加;三名工作人员负责充填作业;一名工作人员负责充填设备的启动和停止，两名工作负责设备及管路的清洗工作。

3 工作面过空巷矿压检测

充填作业完成后，为了了解充填效果对工作面回采的影响，对工作面液压支架的工作阻力进行了监测，支架布置在距离工作面端头约25m的位置，为了充分观测超前支承压力对充填体的影响，在距离运输巷道25m和回风巷道25m的位置分别架设液压支架，通过6台液压支架的工作阻力，观测充填效果。

观测方案如下：当工作面距离空巷40m处进行监测，当回采至空巷巷道25m处结束第一阶段的监测;当工作面回采至空巷巷道90m处开始监测，回采至空巷巷道120m结束第二阶段的监测;当工作面回采至空巷巷道180m处开始监测，回采至空巷巷道结束时完成第三阶段的监测;保证每天都进行监测。

图2为第二阶段液压支架工作阻力变化曲线，从图中可以看出，当监测日期再10月22日前，三台液压支架的工作阻力差值都小于40kN，可认为三台液压支架的工作阻力值相等，在22日之后，三台支架的工作阻力值最大为105kN，可见，在工作面经过空巷时，在超前支承压力作用下巷道发生变形，在充填体的充填作用下，顶板与充填体一起受力变形，在压力作用下，充填材料被压密，导致巷道与充填体发生协调变形，根据现场观测，运输巷道液压支架工作阻力变化与回风巷道液压支架工作阻力变化规律相近，间接证明了空巷充填作业充分，虽然发生一定程度的变形，但是整体变形量较小，未发生片帮冒顶等事故，且液压支架的工作阻力都在额定范围内，证实了充填作业的成功性。

4 结论

本文針对镇城底煤矿30101工作面过空巷时，片帮、老顶断裂等现象，对空巷支护工艺进行了优化设计，在改进后的高材料充填作业下，对工作面过空巷时的液压支架工作阻力进行了监测，发现高水材料充填作业有效维持了空巷围岩的变形，为工作面顺利回采提供了安全保障。

参考文献：

[1]郑文翔.长壁工作面过空巷顶板稳定性动态特征研究[J].煤矿安全，2014，04：51-53+57.