大采高工作面过空巷高水材料充填技术实践

周 明

（国家能源集团神东煤炭锦界煤矿，陕西 榆林 719319）

1 工程概况

锦界煤矿位于榆神矿区东北部，井田面积141.87 km2，地质可采储量13.1 亿t，核定能力1800 万t/a。31116 工作面位于31 煤层，一盘区集中辅运大巷北侧。工作面煤层平均厚度3.33 m，煤层厚度稳定，倾向北西，倾角1°～2°，整体呈宽缓的单斜构造。采用综合机械化一次采全高，全部垮落法管理顶板。工作面切眼前方有两条平行于切眼的空巷，大小一致，如图1。空巷长度205 m，矩形断面，高×宽=3.3 m×4.6 m。

为了保证31116 综采工作面顺利通过空巷，必须对过空巷前后围岩及时控制。针对31116 综采工作面的地质和空巷实况，决定采用高水材料充填过空巷方案[1-6]。

2 高水材料充填技术分析

2.1 高水材料的强度特性

高水材料的A 料和B 料按照1:1 配比使用。利用FLAC3D软件对31116 综采工作面切眼前方空巷应用分布进行数值模拟分析，综合充填体材料受力及成本因素，对充填体强度分别为1 MPa、2 MPa、3 MPa、4 MPa 时进行数值模拟分析。综合可知，当高水材料水灰比为3:1 时，充填体具有较好的受力特性，充填体成本较为合理。

2.2 空巷充填系统

ZBYSB700/8-55 型双液注浆泵为卧式双作用往复式活塞泵，可进行双液注浆，注浆比为1:1；搅拌桶采用JBl500 型电动搅拌桶。

两条空巷充填空间5762 m3，工期20 d，每天按充填10 h 计，每分钟充填量480 L。该型号泵排浆量700 L/min，可以满足要求。搅拌桶共计两组，每组两个，一组搅拌成浆，一组上料。根据经验，每组上料时间5 min，制浆效率600 L/min，可以满足要求。

3 空巷充填方案设计

3.1 空巷二巷充填方案

本次充填方案采用钻孔插管灌注充填法对空巷二巷先进行充填施工，具体方案如下。

3.1.1 灌注钻孔施工

从空巷一巷向空巷二巷施工钻孔，钻孔布置图如图2。钻孔参数：钻孔角度水平，钻孔间距20 m，钻孔数量8 个，钻孔直径75 mm。将Ф38 mm 高压胶管插入钻孔，数量2 根，每根10 m，高压胶管吊挂在空巷二巷顶板最高处位置。

图2 钻孔布置示意图

3.1.2 充填检查孔施工

从空巷一巷向空巷二巷施工检查孔，检查孔与灌注孔施工方法一致，检查孔间隔60 m，主要作为返浆观察孔和补充灌注孔使用。在下部巷口以里的60 m、120 m、170 m 位置施工三个检查孔，终孔位置位于空巷二巷顶部。

3.1.3 管路铺设

输浆管路采用Ф50 mm 高压胶管及部分蛇形管，长度共计20 m；充填采用流量为700 L/min 的双液充填泵，输浆管路为2 条，通过三通或者人工加工Y 型混合器将其混合成一趟管；逐步接长充填管路，初步计算共需高压胶管20 根，每根30 m；在空巷二巷中巷帮预先铺设一组蛇形管，给空巷一巷充填管路使用。

3.2 空巷一巷充填方案

3.2.1 充填方案分析

空巷一巷两端有6.6 m 的高差，且巷道下部角度明显大于上部，根据充填液面1 m 高差并结合巷道高度分段，共计划分为8 个阶段，最短阶段长度为9.4 m，最长阶段长度48.81 m，共需打设挡墙9 个。

其充填顺序为：打设第一和第二道挡墙，充填第一阶段；打设第三道挡墙，充填第二阶段，以此类推。最后封闭两端挡墙通风断面，一次性完成全巷上部充填。

所有挡墙上部预留0.5 m 通风断面，根据实际巷高确定挡墙高度，下部充填完后，封闭两端挡墙通风断面，停止通风，一次性完成全巷上部充填。

3.2.2 挡墙施工方式分析

（1）中部挡墙采用堆垛法施工

除了下部和上部挡墙，中间挡墙建议采用堆垛法施工，可回收充填材料包装袋，或者采购包装袋下井，充填材料包装袋规格较小，建议采购50 kg规格包装袋，包装袋内灌装煤粉或者灌注充填浆料。如采用灌注料浆法，最好在充填体完全固结前，有一定的塑性时施工，可以确保袋间结合紧密。堆垛法施工挡墙技术要点如下：① 收集充填材料包装袋，不能破坏性拆包，或者新购包装袋入井；② 向包装袋内灌注充填材料，包装袋扎口，充填材料固结1 h，还有一定塑性时开始堆垛；③ 浆液混合管长度不少于40 m，然后通过三通分流，一趟至挡墙施工附近，一趟至充填区域，边充填，边施工挡墙；④ 充填袋规格约为0.8 m×0.4 m×0.25 m，容积为0.08 m3，单个固结体重量约为96 kg；⑤ 挡墙内侧铺风筒布或彩条布，两侧和底面铺设范围不应少于2 m，以防止浆液外流；⑥ 堆垛挡墙宽度不少于1 m，必要时多层加强，包装袋交错布置；⑦ 每米高度约需充填袋75 个。

（2）两端挡墙采用现场成型法施工

事先制作模板，在井下通过灌注充填材料，固结成型后，可直接利用充填固结块堆砌形成挡墙。主要技术要点如下：① 在地面制作模型，可以采用木板钉成箱式结构，注意木板之间的缝隙，尽量贴合紧密，防治漏浆；② 模型规格为0.5 m×0.3 m×0.25 m，容积为0.037 5 m3，单个固结体重量约为42 kg；③ 浆液混合管长度不少于40 m，然后通过三通分流，一趟至挡墙施工附近，一趟至充填区域，边充填，边施工挡墙；④ 堆垛挡墙宽度不少于1 m；⑤ 每米高度约需充填块150 个。

4 工作面过充填空巷区域主要技术措施

现场对空巷一巷及空巷二巷内部空间进行全部充填后，通过采取现场观察等相关措施考察发现，现场充填效果良好、充填体成型好、接顶完全。同时，为了保证工作面过空巷阶段的安全高效，制定了一系列工作面过空巷区域技术措施。

4.1 割机头机尾

距空巷一巷50 m 左右时，调整工作面溜子，使溜子适当滞后；当工作面机头推进至距空巷一巷里帮5 m 左右时，开始割尾；待机尾支架到空巷一二巷间煤柱中部时，开始割中间和机头；所有支架进入空巷一二巷间煤柱时，再次割机尾；待支架前梁进入空巷二巷外帮5 m 左右时，开始割机头和中间。

4.2 调整采高

根据空巷顶板铺设的钢筋网高度，调整采高，不得割钢筋网。根据现场，为了确保采面高度，可适度割底矸，割矸厚度200～1000 mm。空巷前后20架底板往下走割底矸，前后底板随平。

4.3 排查机电设备隐患

现场作业过程中，工作面推进至空巷一巷之前，需要排查设备隐患，处理设备隐患，重点是确保支架、立柱、推移千斤等完好可靠。同时，应确保各部电机减速器完好，避免在工作面过充填空巷区域时出现设备故障问题，而影响工程进度。

4.4 注化学浆

工作面通过充填空巷区域之前，提前在空巷一二巷间煤柱、空巷一巷机头机尾三角区域打孔注化学浆，以提高煤岩体的整体稳定性。同时，在工作面过充填空巷区域期间，可以利用检修班的时间，在工作面顶板及煤壁破碎区域注化学浆，起到对严重破碎区域的应急处理作用。

5 效果分析

对回采工作面巷道变形进行观测，综合分析空巷充填的实际效果。在回采工作面巷道采用“十”字断面法布点观测，在31116 回顺推进度分别为280 m、290 m、295 m 处布置一个测点，如图3。

图3 巷道变形测站布置示意图（m）

对观测数据进行处理，可得巷道测点顶底板移近量曲线（图4）和巷道测点两帮移近量曲线（图5）。

图4 巷道测点顶底板移近量曲线图

由图可知，工作面通过空巷期间，巷道顶板下沉量最大153.7 mm，底鼓量最大203.6 mm，左帮鼓出量最大50.1 mm，右帮鼓出量最大93.4 mm，巷道变形量较小，完全满足规程及设计要求。