充填体支护技术在综采工作面过空巷时的应用

常晚战

（山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司，山西 晋城 048000）

1 概况

南凹寺煤矿5314 工作面为综采工作面，该工作面回采巷道由5 条巷道构成。其中53144 巷是回风巷，53142 巷作为工作面运输巷兼做副进风巷，53143 巷是工作面主进风巷兼做皮带巷，53146 巷与53141 巷是两条长度为650m 的顺槽空巷。工作面内有7 条高5.m、宽3.8m 的联络巷，53146 巷与53141 巷迎头为长约200m 的工作面平行切眼。由于工作面内巷道数目多，且断面较大，易导致压溜与冒顶事故，影响工作面安全回采。

2 过空巷工艺

2.1 对接切眼处深孔注浆施工

沿工作面对接切眼处煤壁侧及53146 顺槽空巷帮部向工作面煤体施工直径42mm、深度为35m 的注浆钻孔。巷道两帮分别打设两排钻孔，钻孔以“三花”的形式布置。上排钻孔距离巷道底板2.9m，水平布置，孔间距为6.5m；下排钻孔距离巷道底板1.3m，孔仰角为3°，孔间距为6.5m。上下排施工的第一个钻孔分别距巷口8m 及5m。总计施工的钻孔数目为194 个，合计钻进量为5820m。当工作面推进至钻孔50m 时，进行注浆加固。图1 表示的是钻孔布置方式。

图1 钻孔布置示意图

（1）钻孔施工

为保证工程进度，注浆钻孔需提前钻孔，钻孔施工完成之后及时将注浆导流管与封孔钢管插入钻孔，并进行封孔，待回采面推进到距离注浆钻孔约50 m 处时开始注浆。

（2）封孔工艺

由于不同位置的钻孔布置方式有所不同，故需使用不同注浆管组合方案。为预防巷旁破碎区漏浆，钻孔孔口处的封孔管为3 节6 分无缝钢管连接而成，封孔长度是6m，钻孔内其余部分使用34mm 的PE管护孔以预防塌孔堵塞注浆通道。PE 管护孔长度为24m，钢管与PE 管使用插接方式连接。为预防塌孔，钻孔施工完毕后需将注浆管插入钻孔并封孔以防止注浆时孔口漏浆，影响加固效果[1-4]。图2 为封孔方法。将铁丝缠绕在封孔所用的前后两节钢管上，进行固定焊接，然后把棉纱缠绕在两节钢管上，插入钻孔中，封孔钢管旁边插一根型号为1416、长度为6m 的铝塑管作导流管。使用联邦加固Ⅰ号封孔材料进行封孔。设备选用2ZBQ50 /20双液气动注浆泵。

回采工作面推进到离钻孔约50m 处时注浆。根据现场实际情况，若漏浆较严重，则适当降低注浆压力。单孔原则上以注不进时停止注浆。

图2 封孔方法

2.2 空巷充填支柱

充填支柱材料需符合以下3 个条件：1）水灰比为1.1～1.4:1，每立方耗费材料的重量为560kg。为防止出现涨袋、鼓包等问题，材料的胶凝时间与固化时间需分别满足4～6min、14～21min，实现快速凝固。2）支护材料1d 强度大于4MPa，7d 强度大于13MPa，最终强度大于15MPa，双液泵送充填，单液保存时间为2h，以最大程度降低堵管风险。3）充填材料中使用无机发泡材料，膨胀率要大于16%，以保证充填体拥有一定让压特性。

（1）53141 顺槽空巷充填支柱布置

53141 巷长660m，前210m 打设锚索进行补强，不进行支柱支护，剩余450m 巷道采用充填支柱支护。沿巷道走向每排设两个支柱，排间距是1.6m，支柱距离巷道两帮1m。充填支柱高度4m，直径1.1m。整条巷道共需要布置310 个支柱。在对接切眼和53141 巷的交叉点处设15 个直径为1.2m 的充填支柱。图3 为53141 巷支柱布置示意图。

图3 53141 巷支柱示意图

（2）53146 顺槽空巷充填支柱布置

53146 巷长540m，前200m 打设锚索进行补强，不进行支柱支护，剩余340m 巷道采用充填支柱支护。沿巷道走向每排设两个支柱，柱排间距是1.5m，支柱距离巷道两帮1m。充填支柱高度4m，直径1.1m。整条巷道共需要布置250 个支柱。图4为53141 巷支柱布置示意图。

图4 垂直工作面53146 巷支柱示意图

（3）对接切眼空巷充填支柱布置

对接切眼空巷长度约为190m，与工作面倾向平行，该巷道按不同区段充填支柱布置方案不同：1）切眼与53412 巷交叉处，该段长11m，高4.5m，宽12m，按切眼方向布置4 列直径为1.5m 的充填支柱。支柱间排距为1m×1m，距煤壁的距离均为1m，区域内共布置17 个支柱。2）空巷起坡段长度为8m，该段巷道高度逐渐降低至3.9m。该段按切眼走向每排打设三个支柱，排间距是1.6m，支护距回采侧煤帮及另一侧煤帮的距离分别为0.8m、1.2m。该巷道中部打设1.4m 直径的支柱，近帮侧则采用1m 直径支柱。3）在里程20～190m 巷高一致的巷道区域，选取4m 高的支柱。该段支柱布置与巷道起坡段布设方法一样。图5 为对接切眼空巷支柱布置示意图，该条巷道共计布置210 个支柱。

（4）53146 巷及53141 巷之间联络巷道充填支柱布置

53146 及53141 进风巷间的联络巷支柱依其走向每排设两个支柱，每排间距是1.6m，支柱距回采帮0.8m，平行设置两排支柱。靠近回采侧的支柱直径1.2m，另一侧支柱直径1.1m。联络巷口设3排共计14 个直径1.2m 的支柱，横川口设28 个直径1.2m 的支柱、24 个直径1.1m 的支柱，排间距是1m×1m。图6 为联络巷支柱示意图。

图5 对接切眼空巷支柱示意图

图6 联络巷充填支柱示意图

2.3 锚索工字钢补强

用锚索吊挂工字钢的支护形式对53141 巷及53146 巷顶板进行支护补强，即采用4-3-4 锚索布置代替原来的2-1-2 布置。补强施工所采用的工字钢长3m。在工作面侧按1-0-1 打设一排锁口锚索对接切眼顶板进行补强，即采用8-7-8 取代原来的5-4-5，工字钢长也是3m。

3 效果

在实际开采推进过程中有效控制了空巷变形量，在距离煤壁10m 以外的范围，最大底臌和帮臌变形量均为0.5m，压力得到释放，有效地保证了顶板及煤体的支护强度。在通过660m 空巷时的推进速度和正常推进速度几乎一样，平均推进速度为220m 每月。每月煤炭开采量稳定保持在50 万t，推进速度和开采量都得到了很好的保障。由于煤体顶板得到了很好的控制，压溜事故和顶板塌落现象大幅减小，保证了推进过程中机电设备的平稳性，进一步确保推进正常进行和安全生产。