大采高工作面过空巷高水材料充填技术实践

赵少军

（晋能控股煤业集团成庄矿，山西 晋城 048000）

1 工程概况

5314 工作面开采3#煤层，采高约6.0 m，走向长度1 455 m，倾向长度356 m，是成庄矿第一个大采高超长综采工作面。初期在进行工作面设计时，由于对应地表存在村庄，计划进行甩刀把作业，将工作面长度由356 m缩减至167.5 m，绕过村庄后恢复正常。后期村庄顺利搬迁，5314 工作面不需要进行甩刀把作业，但是需要提前对工作面内53141进风巷和53146 进风巷之间的7 条联络巷进行处理，空巷长度在24～50 m，断面高度3.8～4.6 m，断面宽度5.0～6.5 m，5314 工作面空巷群位置见图1。

图1 5314 工作面空巷位置

2 过空巷技术分析

2.1 方案优选

工作面过空巷一直是煤矿开采中的技术难题。传统的过空巷方法主要包括：木垛支护法、锚杆（索）补强支护法、二次开切眼法、空巷充填支护法，其各自优缺点见表1。5314 工作面存在采面长、采高大、矿压显现剧烈等特点，同时面临空巷数量多、断面尺寸大、影响范围较广等问题。工作面推近至此类空巷前方时，巷道将整体承受工作面超前支承压力的影响，对巷道整体稳定性造成极大的威胁。为确保5314 工作面安全高效通过空巷区域，综合考虑，最终确定高水材料空巷充填为最优方案[1-4]。

表1 过空巷方案比较

2.2 空巷充填模拟分析

根据现场调研数据建立数值模型，对5314 工作面空巷未充填处理（a）、充填处理（b）两种方案下空巷围岩应力分布情况进行数值模拟分析，见图2。

图2 5314 工作面空巷围岩应力分布情况模拟分析

模拟结果表明，空巷采取高水材料充填方案与未充填方案相比，空巷围岩应力分布情况差异较大，主要体现在应力峰值大小与位置。空巷充填后，巷道围岩应力峰值减小明显，峰值位置与空巷煤帮距离同步减小，充分说明空巷充填可明显降低围岩应力峰值，改善围岩受力状态，表明空巷充填是保障工作面安全高效通过空巷区域的有效技术手段。

3 空巷充填技术

3.1 充填系统

充填系统由2 台定容水箱、2 台高速制浆机、2 个盛浆桶、1 台充填泵及相关管路连接而成，见图3。制浆工艺主要包括：水箱精确供水→人工加料、高速制浆机搅拌→高速制浆机排浆、水箱自动供水→下一个制浆循环。

图3 空巷充填系统

3.2 现场施工

53141 巷与53146 巷间有A2—A8 七个横川。A8 作为回风横川使用，其他横川两端已施工板墙并喷浆处理，现场充分利用已有板墙进行充填作业。考虑到空巷长度适中，仅需在板墙处开孔，悬挂混合管至最高点作为出浆口，通过充填泵远距离泵送。A2—A7 横川总空间850 m3左右，共消耗充填材料257 t，用17 个班完成了横川全部充填工作。空巷揭露后充填体固结情况见图4。

图4 充填体固结情况

4 辅助措施

为了确保工作面过空巷期间的安全,现场严格考核充填体成型、接顶效果，同时，在全巷充填的基础上制定了一系列工作面过空巷期间的辅助措施。

1）排查关键设备隐患。工作面推进至空巷之前，安排专人对液压支架、破碎机、转载机等关键设备进行检修，确保立柱、推移千斤顶等运行正常，避免在工作面过空巷期间出现设备故障，影响正常进度。

2）空巷影响区域提前注高水材料。在工作面进入空巷区域之前，安排人员在空巷间煤柱打孔注高水材料，以提高煤岩体完整性；同时，在工作面过空巷期间，安排人员在工作面顶板及煤帮破碎区域补注高水材料，提前预防冒顶事故发生。

3）加强空巷影响区域超前支护工作。适当增加超前支护强度和超前支护距离[5-8]。

5 结语

根据5314 工作面现场地质条件及空巷分布情况，确定采用高水材料充填技术解决采面过空巷难题；充分利用现场便利条件，优化充填管路布置；提前进行工作面机电设备检修、化学材料预注浆、加强超前支护等多种辅助措施，确保了工作面过空巷期间的安全。